La vie sur Terre est exclusivement basée sur la biochimie du carbone, tant et si bien que les scientifiques parlent de « vie carbonée ». Le carbone constitue la structure biomoléculaire de toutes les briques de la vie terrestre et est considéré par une partie de la communauté scientifique comme le seul élément susceptible de remplir ce rôle, sur Terre comme dans l’Univers. Cependant, de nombreux chercheurs se sont penchés sur la possibilité de biochimies hypothétiques en dehors du carbone, notamment concernant une potentielle vie extraterrestre.
Grâce à sa tétravalence — présence de 4 électrons sur la couche de valence — le carbone est capable de former des liaisons covalentes avec de nombreux autres atomes, et ainsi constituer des molécules complexes en association avec l’oxygène, l’hydrogène et l’azote. C’est cette structure particulière qui en fait l’élément principal de toutes les biomolécules, et plus généralement de la biochimie terrestre.
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Cette ubiquité du carbone a conduit certains scientifiques, au début des années 1970, à considérer le carbone comme le seul et unique élément chimique capable de structurer la vie. Une idée connue sous le nom de « chauvinisme du carbone ».
Toutefois, pour confirmer cette hypothèse, toutes les combinaisons chimiques dans tous les environnements possibles devraient être testées. Les biochimistes ont alors réfléchi sur la possibilité d’existence de biochimies hypothétiques extraterrestres basées sur d’autres éléments que le carbone et sur d’autres solvants que l’eau.
Les alternatives à la biochimie carbonée
La chimie organique — la chimie du carbone — nous apprend que la caractéristique principale du carbone est son aptitude à former des chaines carbonées d’une longueur indéfinie et pouvant être répliquées. Les biomolécules (molécules organiques) sont ainsi des enchaînements carbonés dont la complexité est virtuellement sans limite. Néanmoins, malgré cette spectaculaire propriété du carbone, les scientifiques ont théorisé la possibilité d’autres formes de biochimies.
Le carbone est l’élément constitutif principal de toutes les biomolécules terrestres. Crédits : amoebasisters
Le silicium : un atome semblable au carbone
Le silicium, tout comme le carbone, appartient au groupe 14 du Tableau périodique et possède également 4 électrons de valence. Cette tétravalence et les propriétés chimiques qu’il partage avec le carbone en font l’élément secondaire le plus plausible. Il est en outre capable de former de longues chaînes de silicone (alternance de silicium et d’oxygène) dont la stabilité dans des environnements acides serait plus importante que dans le cas des chaînes carbonées ; de tels environnements se retrouvent sur un certain nombre de planètes.
Sur Terre, les Bacillariophyta, plus connues sous le nom de Diatomées, sont des microalgues unicellulaires ubiquitaires dont la structure externe est entièrement composée de silicium. Ainsi, une vie extraterrestre pourrait utiliser le silicium pour constituer son exosquelette. Cependant, la dynamique du silicium impliquerait des changements anatomiques notables par rapport aux organismes terrestres.
Les Diatomées sont des algues unicellulaires dont l’exosquelette est entièrement composé de silicium. Crédits : Anna Píšková
En effet, sur Terre, les organismes respirant de l’oxygène produisent du dioxyde de carbone comme déchet de la voie aérobie. Un organisme basé sur le silicium qui respirerait de l’oxygène produirait non pas du dioxyde de carbone, mais du dioxyde de silicium, c’est-à-dire de la silice. Or, cette dernière est une substance solide, non gazeuse ; elle ne pourrait donc pas être rejetée par des organes comme les poumons.
Cependant, le silicium souffre d’un certain nombre de désavantages. À commencer par sa grande taille qui pose plusieurs problèmes stéréochimiques, notamment la difficulté à former des liaisons covalentes doubles ou triples. La très faible solubilité de la silice la rend peu compatible avec une biochimie à base d’eau. La proportion de carbone retrouvé dans les molécules complexes du milieu interstellaire par rapport au silicium suggère une plus grande abondance cosmique du carbone par rapport au silicium.
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