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ASTROBIOLOGIEL’origine et l’évolution de la vie dans l’Univers

1ière partie1ière partie

1) Définitions, principes de base, physique

2) Cosmologie, Big-Bang, galaxies

3) Évolution stellaire, milieu interstellaire

4) Systèmes planétaires4) Systèmes planétaires

5) Planètes extrasolaires

6) Terre primitive

ASTROBIOLOGIEL’origine et l’évolution de la vie dans l’Univers

2ième partie2ième partie

7) Origine et évolution de la vie sur Terre

8) Origine de la diversité du vivant

9) Extinctions massives, destin de la vie

10) L’humanité dans l’espace10) L humanité dans l espace

11) Vie ailleurs dans le système solaire

12) Vie ailleurs dans l’Univers, OVNIs

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Évaluation:

Deux examens à livre fermé d’une durée de 120 minutes

Examen de mi session (30%) 24 février

Travaux individuel ou en équipe (max 3 personnes)

Travail no 1 Présentation PPT (6 diapos) portant

• Examen de mi-session (30%) – 24 février

• Examen final (30%) – 21 avril

• Travail no. 1 – Présentation PPT (6 diapos) portant sur un thème relié à l’astrobiologie (20%) – 24 février

• Travail no. 2 – Reportage audio (6-8 min) portant sur un thème relié à l’astrobiologie (20%) – 7 avril

Matériel didactique:

Tous les mardis, les fichiers PPT et PDF http://www.astro.umontreal.ca/~lamont/PHY1973p // / /

Lecture complémentaires ou suggérées

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PROLOGUE

« Il n’y a rien de permanent sauf le changement »

Héraclite (VIIe siècle Av J C )Héraclite (VII siècle Av. J.C.)

• L’évolution cosmique• Principes de base• Définition de la vie• Définition de la vie

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C’est avec la parole et l’écriture que nos ancêtres deviennent conscients d’eux-mêmes. Et avec la

conscience, viennent les grandes questions existentielles.

Quels sont l’origine et le destin de l’humanité ?

Initialement, l’Homme adopte une approche subjective du monde

Grandes religions et principaux courants philosophiques

Presque tous les mythes anciens sont centrés sur la genèse de la

Vie ou de l’Univers.

qui l’entoure.

• La Terre (immuable) est au centre de l’Univers

• Le Soleil, la Lune, les planètes, et les étoiles sont en mouvement

• Le cosmos est gouverné par des forces surnaturelles

Avec le temps, une nouvelle approche plus critique de l’origine, du rôle, de la place et du destin de

l’humanité dans l’Univers apparaît.

Science moderne

• révolution copernicienne• révolution copernicienne

• mécanique newtonienne

• relativité d’Einstein

• mécanique quantique

• …

L’humanité est naufragée sur un grain de sable. Elle erre sans but dans un

univers… hostile…Vous êtes ici

Cependant, très récemment, la recherche contemporaine a montré que tout ce qui existe, des atomes aux sociétés, en passant par les étoiles, les

galaxies, les cellules, … est relié par le biais du changement.

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L’évolution cosmique – l’astrobiologie –est l’étude des transformations à toutes les échelles de temps et d’espace – de l’énergie à la matière inerte, de la matière inerte à la

matière vivante, bref,

du Big Bang à l’humanité…

0 Évolution nucléaire

Évolution culturelle

É

origine de la matière

origine de la conscience

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4Évolution stellaire

Évolution galactiqueorigine de la Voie Lactée

origine des « métaux »

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Évolution planétaire

Évolution chimique

Évolution biologique

origine de la Terre

origine de la vie

origine de la complexité

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ordre

complexité

information

organisation

Temps (milliards d’années)

« L’hydrogène est un gaz léger et inodore qui, si on lui en donne le temps, se transforme en animaux dotés de conscience »

Jusqu’à maintenant la Terre est le seul endroit de l’Univers

L’astrobiologie est une science sans sujet …enfin presque…

Jusqu à maintenant, la Terre est le seul endroit de l Univers où nous savons que la vie existe. Nous n’avons pas encore

découvert une « deuxième genèse » ailleurs dans le cosmos.

Ainsi, parce qu’il est impossible de comparer avec d’autres environnements qui ont permis le développement de formes

de vie (même primitive), il est extrêmement difficile de déterminer les conditions nécessaires à la transformation dedéterminer les conditions nécessaires à la transformation de

la matière inerte en matière vivante.

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1) La vie dépend-elle d’une caractéristique unique ou est-

Quelques questions en quête de réponses…

) p q qelle le résultat d’une combinaison de traits communs ?

2) L’émergence de la vie est-elle le résultat d’une suite d’événements probables ou de circonstances très spéciales ?

3) La vie est-elle une nécessité physique ?

4) Est-il possible de formuler un modèle de l’origine de la vie sur Terre qui puisse s’appliquer dans un contexte extraterrestre ?

La recherche des origines de la vie et de formes de vie extraterrestre (complexe) s’appuie donc sur les notions suivantes:

L’évolution du vivant sur la Terre (biologique, culturelle et t h l i ) i i l’ i t d l l tt i t

Le Principe de médiocrité

technologique) ainsi que l’environnement dans lequel cette vie est apparue (la Terre et le système solaire) n’ont rien d’exceptionnel

Le P incipe d’ nifo mité

Les lois de la physique sont les mêmes partout dans l’Univers

Le Principe d’uniformité

Le Principe de plénitude

Toute situation pouvant potentiellement être réalisée sera réalisée

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Une quête vieille comme l’humanité

< 17ième siècle 17ième siècle 18ième siècle 19ième siècleAnaxagore J Addison J Adams F AragoAnaxagore J. Addison J. Adams F. Arago

G. Bruno R. Bentley H. Baker H. De Balzac

T. Campanella C. de Bergerac J. Beattie D. Brewster

Démocrite P. Borel J.E. Bode H. Davy

Épicure B. Fontanelle C. Bonnet T. Dick

J. Kepler F. Godwin G.L.L. Buffon C. Flammarion

Leucippe C. Huygens W. Herschel K.F. Gausspp yg

Lucrèce J. Locke I. Kant H. Helmholtz

Nicolas de Cuse J. Wilkins J. Lalande J. Herschel

Teng Mu J.H. Schröter W. Olbers

Xénophane E. Swedenborg P.A. Secchi

Qu’est-ce que la vie ?« Nous disons qu'un animal vit, à partir du

moment où il se meut lui-même et tant qu'en lui un tel mouvement se fait reconnaître »lui un tel mouvement se fait reconnaître. »

Saint Thomas d’Aquin (1228-1274)

Contrairement à la biologie, l’astrobiologie ne peut se permettre le luxe d’ignorer tt ti f d t l

« Comment peut-on espérer trouver si on ne sait pas ce qu’on cherche. »

cette question fondamentale.?

?

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Il faut donc obtenir une définition « universelle » de ce qu’est la vie. Les variantes les plus prometteuses incluent:

• …la vie est quelque chose qui peut faire des copies d’elle-même…

• …la vie est quelque chose qui évolue…

• …la vie est quelque chose d’autonome…

« La vie est une production répétitive d’hétérogénéité ordonnée. »

R.D. Hotchkiss (1956)

« La vie est un système chimique autoentretenu ayant la capacité

d’évoluer »

« Un système vivant est un système ouvert, autoréplicant, autorégulé, alimenté par

l’énergie de son environnement »

« La vie sera toujours un phénomène à part, même si nous découvrons ses origines mécaniques. »

R. Virchow (1855)

d évoluer. »

NASA (1994)

« La vie est un flux d’énergie, de matière et d’information. »

H. Baltscheffsky (1997)

l énergie de son environnement. »

R. Sattler (1986)

« La vie est tout ce qui montre une évolution ouverte – elle n’est pas liée à une

forme ou à des matériaux particuliers. »

D. Darling (2001)

Sept caractéristiques de la vie

1. Programme – code décrivant la liste des ingrédients et les interactions entre ceux-ci (e.g. ADN).

2 Improvisation d t ti d ll h t ité d difi l2. Improvisation – adaptation graduelle au changement; capacité de modifier le programme (e.g. mutation et sélection).

3. Compartiment – maintien la concentration et l’organisation des ingrédients; assure la protection p/r à l’extérieur (e.g. cellules).

4. Énergie – assure le fonctionnement d’un organisme et maintien son niveau de désordre au minimum. La vie transforme son environnement

5. Régénération – mécanisme de compensation (moléculaire ou cellulaire) pour contrer l’usure; création d’une copie de l’original (reproduction).

6. Adaptabilité – adaptation comportementale aux modifications rapides de l’environnement (e.g. boucle de rétroaction faim/satiété).

7. Spécificité – augmente l’efficacité des réactions chimiques à l’intérieur des compartiments (e.g. enzymes).

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Pour l’instant, la recherche en astrobiologie contourne le problème de définir formellement ce qu’est la vie en

mettant la priorité sur la détection d’un premier organisme extraterrestre (vivant ou non) qui laisse

une trace – un signal – sur un détecteurune trace un signal sur un détecteur.

« On cherche ce que la vie produit et non ce qu’elle est ! »

Viking 1 et 2 sur Mars (NASA, 1976)

Quelques questions… et peut être des réponses…

Quelle est l’origineQui sommes-nous ?

D’où venons-nous ?

Quelle est l origine de tout ce qui nous entoure ?

Comment ce qui nous entoure est-il

Pourquoi y a-t-il quelque chose l ô ?nous entoure est il

ordonné, organisé ?

Comment passe-t-on du chaos à l’ordre ?

plutôt que rien ?