Les microbes seront essentiels pour la survie humaine sur Mars
ILS SONT UNE SOURCE POTENTIELLE DE NOURRITURE, D'AIR, D'HABILLEMENT ET PLUS ENCORE. MAIS SURVIVRONT-ILS AU VOYAGE ET POUVONS-NOUS ÉVITER DE CONTAMINER LA PLANÈTE ROUGE?
Lorsque les humains ont finalement mis le pied sur le terrain poussiéreux de Mars, ils ne voyagent pas seuls. Certains des astronautes sur les futures missions seront trop petits pour être vus à l'œil nu. Mais cela ne signifie pas qu'ils n'auront pas un rôle essentiel à jouer.
Une mission habile à Mars nécessitera un abri, un air respirant, des vêtements, des aliments, des médicaments, de l'énergie et des déchets, entre autres services. Beaucoup de ces besoins peuvent être rencontrés avec des organismes vivants.
«Nous utilisons la biologie comme technologie pendant des milliers d'années, pour fabriquer nos vêtements, pour fabriquer nos maisons», explique Lynn Rothschild, une astrobiologue et biologiste synthétique au Centre de recherche Ames de la NASA à Moffett Field, en Californie. "Penser que nous allons le faire d'une autre façon sur Mars est un peu fou".
Au lieu de compter exclusivement sur les fournitures importées de la Terre, les astronautes pourraient produire certains d'entre eux sur le site en utilisant des microbes. Certaines bactéries pourraient profiter des ressources limitées de Mars et soutenir les écosystèmes simples dans une colonie, même en aidant les petites plantes à se développer. Ils pourraient faire de l'oxygène ou décomposer les déchets. Ils pourraient être amenés à produire des matériaux utiles ou à aider à extraire des métaux.
"Nous devons utiliser ce que nous trouvons sur Mars. Je pense que nous avons besoin de biologie pour cela », explique Cyprien Verseux , candidat au doctorat, supervisé par Rothschild, à l'Université de Rome Tor Vergata.
Vie sur Mars?
Mars est habitable. Cela signifie que l'apport des microbes est un sujet de préoccupation pour les scientifiques à la recherche de la vie autochtone. "Ce serait une énorme tragédie s'il s'avère qu'il y a une forme de vie là-bas et nous l'avons contaminé ou complètement tué", dit Rothschild.
Et les microbes terrestres pouvaient semer la confusion s'ils étaient plus tard «découverts» par les astronautes. "Il y a un risque que vous ... ne soit pas capable de dire si c'est la vie martienne ou non", dit Verseux. "Nous devons donc nous assurer que nous ne contaminerons pas Mars avec les microbes que nous utilisons pour le soutien de la vie".
S'assurer que nous explorons l'espace de manière responsable est la préoccupation du Bureau de la Protection planétaire de la NASA (devise: «toutes les planètes, tout le temps») et le Comité international de recherche spatiale (COSPAR).
"Si quelqu'un voulait introduire des microbes sur Mars en ce moment, ils ne seraient pas capables de le faire".
Les règlements sur les missions martiennes sont plus stricts que ceux appliqués aux engins spatiaux lunaires et à astéroïdes. Il est peu probable que ces organismes abritent la vie. Mais «aller à Mars, qui peut avoir des environnements habitables, vous devez être très conservateur jusqu'à ce que vous en sachiez autrement», déclare Margaret Race, scientifique senior de l'institut SETI à Mountain View, en Californie, qui travaille sur la protection planétaire.
Les politiques qui régiront les missions habitées à Mars n'ont pas encore été définies. "Il n'y a pas de réponse ferme", explique Race. "Si quelqu'un voulait introduire des [microbes] en ce moment, ils ne seraient pas en mesure de le faire".
Quoi qu'il en soit, lorsque les astronautes atteindront Mars, ils apporteront des microbes le long de la promenade. «Nous avons tous un microbiome humain; Si vous envoyez des humains, vous ne pouvez pas les stériliser d'abord ", explique Race.
Une façon de limiter la contamination serait d'appliquer des protections spéciales dans les zones où la vie autochtone est plus susceptible de prospérer. Un autre serait de modifier l'ADN de nos microbes de sorte qu'il ne puisse pas être «lu» et incorporé par des organismes martiens.
La communauté internationale envisage toujours la meilleure façon de planifier des missions qui apportent délibérément la vie humaine et autre à Mars. "Personne ne s'arrête de rien", explique Race. "Mais nous disons, alors que nous avançons dans des domaines qui sont clairement inconnus, comment pouvons-nous nous assurer que nous le faisons de manière responsable?"
La vie terrestre peut-elle survivre sur Mars?
Techniquement, nous avons déjà apporté la vie à Mars. Lorsque nous lançons une sonde, nos meilleurs efforts pour la stériliser avant de quitter l'orbite terrestre ne sont toujours pas efficaces à 100%, explique Dirk Schulze-Makuch, un astrobiologiste de l'Université technique de Berlin. "La question est de savoir s'ils auront une chance de survivre ou non".
Rothschild, cependant, note qu'il est peu probable que ces microbes aient prospéré et contaminé la planète rouge. C'est parce que Mars est un endroit terrible pour vivre , comme l'a écrit l'anthropologue Charles Cockell de l'Université d'Édimbourg en 2002.
"Oui, la surface martienne est hostile mais nos microbes terrestres, vous ne devriez pas les sous-estimer non plus."
La faible gravité (environ 38 pour cent de ce que nous avons sur Terre) ne nuira probablement pas à ces minuscules organismes. Et il y a certainement assez de lumière solaire pour la photosynthèse. Mais Mars est glacé, avec une température de surface moyenne de -80 degrés Fahrenheit. Et l'air est mince, avec seulement environ 1 pour cent de la pression atmosphérique trouvée au niveau de la mer de la Terre. Notre planète a un bouclier magnétique pour nous protéger des rayonnements; Mars ne le fait pas. De plus, Mars est plus desséché que n'importe quel environnement terrestre. "Sur la plupart de la surface, il n'y a aucune possibilité d'eau liquide", dit Cockell. "C'est un environnement sec ... au rayonnement", dit-il.
Beaucoup de microbes peuvent se coucher dans un état dormant, et il est possible que les microbes terrestres puissent être transformés en une zone protégée ou enterrés. S'ils pouvaient trouver leur chemin sous une roche, ils pourraient être à l'abri du pire rhume et des rayonnements. Mais ils devraient retirer l'humidité de l'air, ou trouver de l'eau dans les infiltrations saisonnières de saumure . Les grottes martiennes, formées depuis longtemps par la coulée de lave, peuvent également accueillir de l'eau et une atmosphère plus épaisse. Un autre sanctuaire possible serait des gouttes d'eau liquide dans la glace polaire de Mars.
"La pensée générique est que cela n'a probablement pas eu lieu, et que les microbes terrestres ont été tués", dit Schulze-Makuch. "Cependant, nous ne pouvons pas en être certain, oui, la surface martienne est hostile, mais nos microbes terrestres, vous ne devriez pas les sous-estimer non plus".
Rothschild est d'accord. Nos microbes "ne sont pas susceptibles de prendre le dessus de la planète", dit-elle, "mais je parie qu'ils pourraient y vivre, pour de courtes périodes au moins".
Une ménagerie martienne
Il y a des milliards d'années, de minuscules organismes appelés cyanobactéries ouvraient la voie à la vie sur terre. Bien avant l'existence des plantes, les cyanobactéries pompent de l'oxygène comme sous-produit de la photosynthèse.
Pour Rothschild, notre atmosphère riche en oxygène est l'exemple parfait de la façon dont la vie est impressionnante en tant que technologie, et combien il est possible de nous servir au-delà de la Terre.
Les astronautes pourraient également utiliser des cyanobactéries sur Mars pour fabriquer des matériaux utiles et pour soutenir d'autres microbes et plantes précieuses. Nous comptons déjà sur des microbes pour nous fournir des friandises comme le vin, le fromage et le yogourt, ainsi que des services essentiels. "Ils nous aident à faire de la nourriture, à fabriquer de la drogue, ils nous aident à recycler les déchets", dit Cockell. "Tous ces avantages utiles seraient le cas sur Mars comme ils le seraient sur Terre".
L'utilisation de microbes pour fabriquer des biens sur Mars réduirait la quantité de masse dont nous aurions besoin pour acheminer notre propre planète. L'évasion de la gravité terrestre est extrêmement coûteuse. Lancer simplement une boîte de Coca coûte 10 000 $. Et c'est juste en orbite, dit Rothschild: «tu n'as même pas atteint Mars».
Les microbes, cependant, pèsent très peu, ce qui les rend plus faciles à apporter à Mars. "Ensuite, ils se reproduiraient, vivaient de la terre, utilisaient de l'énergie solaire comme les plantes et les algues font sur Terre", dit Rothschild. Les microbes pourraient utiliser l'eau, les minéraux et les gaz atmosphériques déjà sur Mars. "De là, vous pouvez prendre les matériaux que les cyanobactéries produisent et commencer à fabriquer tout, du plastique aux habitats".
Certains microbes pourraient être mis en œuvre pour fabriquer de la nourriture, de l'oxygène ou du carburant, ou recycler les déchets pour produire des nutriments pour les plantes et les personnes. Les microbes pourraient également aider à décomposer les roches et à retirer des métaux utiles (sur Terre, "biomining" est déjà utilisé pour récolter de l'or et du cuivre). Lorsqu'ils sont mélangés avec les bons ingrédients, d'autres microbes pourraient coller des grains de poussière martienne ensemble pour fabriquer des briques pour les maisons.
Les microbes seraient particulièrement utiles si les astronautes devaient garder le sol martien pour le jardinage. À l'intérieur d'une enceinte, les plantes devraient être protégées des rayonnements et munies d'eau et d'une solution hydroponique ou d'un sol fertile. "Les microbes pourraient transformer les éléments disponibles sur Mars dans une forme que les plantes peuvent utiliser", explique Verseux.
Les astronautes pourraient cultiver des plantes pour la nourriture et l'oxygène, et comme un répit des interminables panoramas du rouge. "C'est un énorme avantage psychologique pour avoir des plantes sur, par exemple, la Station spatiale internationale", dit Cockell. "Cela donne aux gens quelque chose à surveiller".
Les animaux portent beaucoup d'espace et de ressources, de sorte que les astronautes seraient peu susceptibles de les amener dans les premières missions. Mais les petits animaux comme les vers à soie, les poissons et les crustacés pourraient éventuellement être envoyés.
Construire de meilleurs microbes
Toute plante ou microbe que nous prenons avec nous ne devra pas vivre sur la surface martienne punissante. Les astronautes auront besoin d'un abri contre l'environnement froid, sec, irradié et à basse pression de Mars, et les microbes et les plantes seraient également protégés.
Mais il y aurait des avantages à engendrer génétiquement les microbes dont dépendent les astronautes pour devenir plus hardis qu'ils ne le sont sur Terre. D'une part, il serait plus sûr; Si quelque chose ne va pas et que les équipements qui les abritent échouent, les microbes pourraient finir par affronter des conditions extrêmes après tout. De plus, les microbes difficiles sont moins chers à loger. "Plus ils sont construits pour prospérer dans des conditions proches de Mars, moins vous devez fournir un abri et moins vous devez recréer des conditions terrestres", explique Verseux.
De plus, les microbes pourraient être conçus pour devenir plus efficaces dans leurs tâches assignées ou pour jouer de nouveaux rôles. "Vous pouvez commencer à regarder la nature comme cette quincaillerie génétique géante, et vous retirez les choses de l'étagère et vous l'avez placé dans votre petit organisme de production", dit Rothschild. Elle explore comment les microbes artificiels pourraient être utilisés comme "encre" pour les bioprinteurs sur Mars. Cela permettrait aux astronautes de produire des outils sur mesure, des tissus intelligents, ou même des organes de remplacement
"Vous n'allez pas prendre un champ de coton ou des arbres ou des moutons à Mars", dit-elle. Mais vous pourriez prendre leurs capacités et les mettre dans un organisme plus portable, comme une levure ou une bactérie.
Un exemple terrestre de cette technique est le médicament antipaludique artémisinine. L'artémisinine est dérivée de l'usine d'absinthe douce, mais peut également être fabriquée à l'aide de levure artificielle. Les fabricants de pneus et les entreprises de biotechnologie travaillent également à utiliser des levures pour fabriquer du caoutchouc, plutôt que de l'emmener dans les arbres.
Actuellement, Rothschild a l'oeil sur la kératine, une protéine trouvée dans les plumes, les ongles, les cheveux et la peau. Les microbes pourraient être conçus pour produire de la kératine et imprimés sous une forme prédéterminée. "Imaginez si vous aviez une feuille entière de ce matériau qui est vraiment fort, léger et flexible", dit-elle.
Toutes nos tentatives visant à exploiter les microbes pour aider les astronautes à survivre pourraient conduire à des progrès pour tous à la maison. "Il n'y a absolument aucune raison pour que vous ne puissiez utiliser aucune de ces choses sur la Terre", dit Rothschild.
Peut-être un jour, les microbes pourraient même nous aider à façonner la surface de Mars en produisant de l'oxygène et en transformant le sol . Ce que cela signifie pour la vie à sa surface est une question ouverte (d'autant plus que la faible gravité de Mars est susceptible de poser problème aux organismes plus vastes comme les arbres et les personnes).
"Je ne veux pas que les gens aient l'impression que nous allons simplement envoyer un Noah's Ark to Mars", dit Rothschild. Ce n'est qu'après avoir conçu l'atmosphère suffisamment épaisse pour maintenir l'eau liquide et des températures plus élevées. On pourrait même parler d'envoyer des animaux sans protection, dit-elle.
Mais tout ce serait beaucoup, beaucoup d'années. Apporter des microbes pour servir de support de vie à Mars est l'objectif principal et plus réalisable.
Comment pouvons-nous arriver?
Pour ce faire, la première étape est de surveiller les microbes que nous avons ici sur Terre qui se développent dans des environnements extrêmes tels que les déserts, les bouches d'aération profondes et la glace de l'Arctique.
Les Astrobiologues recherchent des microbes parmi les habitats terrestres qui ressemblent le mieux à Mars, afin d'explorer comment la vie indigène pourrait survivre sur la planète rouge. Ces expéditions peuvent également révéler des adaptations qui pourraient servir les microbes terrestres lorsque nous les amener à Mars.
"Vous choisissez des microbes qui existent déjà et voyez quelles sont leurs limites et leur utilité", dit Cockell. "Une fois que vous savez que vous pouvez avoir une meilleure idée de ce que vous devez essayer de faire pour améliorer."
Cockell et ses collègues lancent des microbes de roche en orbite terrestre basse pour voir comment ils se situent à l'extérieur du vaisseau spatial. De retour sur terre, des chambres spéciales peuvent également être utilisées pour simuler les conditions martiennes, y compris la température, la pression, la sécheresse et le rayonnement.
Une fois que la robustesse d'un microbe a été confirmée (ou améliorée), les scientifiques doivent savoir comment les mettre au travail en utilisant des outils et des boîtiers qui prennent aussi peu de masse et de puissance que possible. Un projet en cours est le Système microéconomique de soutien à la vie écologique de l'Agence spatiale européenne (MELiSSA), qui utilisera des communautés de bactéries pour décomposer et recycler les déchets humains et les parties non consommables des plantes.
Les scientifiques envisagent également ce que les astronautes vont utiliser pour utiliser ces outils sur une base martienne. Verseux a récemment émergé d'un dôme perché sur le volcan Mauna Loa d'Hawaï après se séquestrer pendant un an à côté de cinq autres scientifiques. L' expérience HI-SEAS lui a fourni l'occasion idéale de travailler à l'utilisation de cyanobactéries pour aider à cultiver des plantes. «Ce qui m'a amené le plus de perspicacité, il s'agissait de ... les ressources très limitées en matière de pouvoir, d'eau, d'espace, de temps, d'énergie et de toutes ces choses», dit-il.
Lorsque la NASA planifie des missions équipées à l'orbite de Mars dans les années 2030, les astrobiologistes sont sur la bonne voie pour trouver et préparer nos compagnons microbiens pour un avenir où il y aura une vie sur la planète rouge. Nous comprenons ces microbes et comment les utiliser mieux tout le temps, dit Cockell. "Je pense qu'ils seront prêts pour l'exploration humaine lorsque les gens vont enfin à Mars".