Des nanostructures dans les profondeurs océaniques éclairent l’origine de la vie
Des chercheurs, dirigés par Ryuhei Nakamura au Centre de recherche sur les ressources durables (CSRS) de RIKEN au Japon, ainsi qu’au Earth-Life Science Institute (ELSI) de l’Institut de technologie de Tokyo, ont découvert des nanostructures inorganiques entourant des cheminées hydrothermales dans le fond océanique. Ces structures présentent des similitudes frappantes avec les molécules nécessaires à la vie telle que nous la connaissons.
Les caractéristiques uniques des nanostructures
Ces nanostructures, qui sont auto-organisées, fonctionnent comme des canaux ioniques sélectifs, générant de l’énergie pouvant être convertie en électricité. L’étude, publiée le 25 septembre dans Nature Communications, modifie notre compréhension de l’origine de la vie et pourrait également avoir des applications dans la récolte d’énergie bleue industrielle.
Le rôle des cheminées hydrothermales
Lorsque l’eau de mer s’infiltre profondément dans la Terre par des fissures dans le fond océanique, elle est chauffée par le magma avant de remonter et d’être relâchée dans l’océan par des fissures appelées cheminées hydrothermales. L’eau chaude en montée contient des minéraux dissous qu’elle a captés lors de son parcours. En rencontrant l’eau froide de l’océan, des réactions chimiques font précipiter ces ions minéraux, formant ainsi des structures solides autour de la cheminée.
La recherche sur les cheminées serpentinites
Les chercheurs se sont concentrés sur les cheminées hydrothermales hébergées dans des serpentinites, car celles-ci possèdent des précipités minéraux présentant une structure en couches très complexe, composée d’oxydes métalliques, d’hydroxydes et de carbonates. Nakamura affirme : « De manière inattendue, nous avons découvert que la conversion de l’énergie osmotique, une fonction essentielle de la vie moderne, peut se produire de manière abiotique dans un environnement géologique. »
Études approfondies des échantillons
Les échantillons étudiés proviennent du champ de fuites de Shinkai, situé à 5743 mètres de profondeur dans la fosse des Mariannes. L’échantillon clé mesurait 84 cm et était principalement composé de brucite. Des microscopes optiques et des scans avec des faisceaux de rayons X de taille micrométrique ont révélé que les cristaux de brucite étaient organisés en colonnes continues, fonctionnant comme des nano-canaux pour le fluide de la cheminée.
Conversion d’énergie osmotique et implications
Les chercheurs ont enregistré la relation courant-tension des échantillons à l’aide d’une électrode. Lorsqu’exposés à des concentrations élevées de chlorure de potassium, la conductance était proportionnelle à la concentration de sel présente à la surface des nanopores. Cependant, à des concentrations plus faibles, la conductance restait constante, régulée par la charge électrique locale de la surface des précipités.
En testant les échantillons avec des gradients chimiques courants dans l’océan profond, l’équipe a démontré que les nanopores agissent comme des canaux ioniques sélectifs. À des endroits où les carbonates adhéraient à la surface, les nanopores permettaient aux ions sodium positifs de passer, tandis qu’avec des ions calcium, seuls les ions chlorure négatifs pouvaient traverser.
Implications pour l’avenir de l’énergie durable
Nakamura conclut que la formation spontanée de canaux ioniques découverte dans les cheminées hydrothermales sous-marines a des implications directes pour l’origine de la vie sur Terre et ailleurs. L’étude met en lumière comment la conversion d’énergie osmotique, essentielle à la vie moderne, peut survenir de manière abiotique dans un environnement géologique, ce qui pourrait inspirer de nouvelles méthodes pour la production d’énergie durable à partir de la conversion osmotique.