Le « Terraforming », un enjeu futur pour la Biologie de Synthèse ?

marsLa biologie de synthèse pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour exporter la vie au sein de notre système solaire. 

Le terme « Terraforming » est initialement apparu dans la littérature de science-fiction comme recouvrant les technologies pouvant permettre de rendre durablement habitables et de manière autonome et exploitables des planètes ou satellites initialement inhospitaliers. Plus récemment le terme a été francisé sous le vocable « Biosphérisation », défini comme la création synthétique dans un espace ouvert ou fermé d’un environnement autonome et stable similaire à des environnements terrestres et favorable au développement ou au maintien de la vie.

La question a pris une nouvelle résonance, d’une part avec le développement, soutenu par des agences spatiales telles que la NASA ou l’ESA ou par des fonds privés, de projets de missions humaines de longues durées sur des planètes telles que Mars, pouvant préparer à long terme le développement d’une colonisation humaine extraterrestre. Réciproquement, un autre moteur plus fondamental a consisté à préciser les critères d’habitabilité ou plus généralement d’apparition potentielle de la vie sur des exo-planètes qui pourraient se compter par milliards dans notre univers.
Parmi les critères critiques à l’apparition ou au maintien de la vie, trois apparaissent incontournables : une température compatible avec les mécanismes et les constituants biologiques connus, la présence d’eau liquide en quantité suffisante et l’existence d’une source d’énergie chimique ou photochimique potentielle. Au sein du système solaire ces conditions semblent très probablement réunies au moins sur Mars, et pour les océans sous-glaciaires des satellites Titan, Encelade et Europe de Saturne et de Jupiter.

La question qui peut être posée est alors pourquoi de tenter de « terraformer » ces corps célestes et comment s’y prendre au regard de l’état actuel des technologies. Pour Mars, la réponse est relativement évidente si l’on pense à pouvoir établir un jour une colonisation humaine durable qui supposera de disposer de ressources renouvelables et fiables de nourriture, de matières organiques variées et d’oxygène. La réponse est un peu différente dans le cas des trois satellites dont la surface est inhospitalière mais où l’existence probable d’immenses océans enfouis offre une possibilité unique d’ensemencement par des microorganismes synthétiques adaptés qui, faute de compétition avec d’éventuels organismes endogènes (ce qui reste une hypothèse), pourraient très rapidement mobiliser l’ensemble des ressources planétaires pour produire et accumuler des molécules d’intérêt. Si ramener les produits résultants sur terre semble actuellement encore hors de propos, on pourrait néanmoins constituer ainsi, sur des corps céleste à faible gravité, donc facilement accessibles, d’immenses réserves de ressources (hydrogène, oxygène, carburant, polymères, nourriture) potentiellement exploitables pour la colonisation humaine de notre système solaire.
Concernant maintenant le « comment » les réponses semblent relativement aisées si l’on considère que de tels environnements extraterrestres peuvent être facilement caractérisés chimiquement par des sondes automatiques, permettant ainsi de reconstituer sur terre ces exo-environnements et de les utiliser pour développer l’ingénierie de microorganismes adaptés par les approches de biologie de synthèse. L’évaluation expérimentale de la pertinence des solutions serait alors faisable par ensemencement à l’aide de sondes spatiales munies de perforateurs thermiques pour les océans sous-glaciaires et directement par des expériences robotisées ou humaines dans le cas de Mars. A noter dans ce dernier cas, des travaux exploratoires ont déjà été menés sur terre à l’aide de bactéries extrêmophiles, de cyanobactéries ou de plantes et de simulations d’atmosphère martienne.

Si la « terraformation » d’une planète entière reste donc encore du domaine de la fiction, celle d’environnements limités de ces planètes ou satellites apparait plus raisonnable au regard des technologies. Néanmoins, comme de coutume, un volant économique suffisant devra être présent, sauf à vouloir simplement répondre à la question de la portabilité de la vie dans des environnements extraterrestres adaptés, au-delà de la simple démarche actuelle de création d’un catalogue d’exo-planètes remplissant le cahier des charges sur des critères purement physico-chimiques.
Au-delà des applications potentielles décrites qui paraissent encore bien lointaines, la question est de toutes les façons d’intérêt en matière d’ingénierie des microorganismes pour des applications, cette fois terrestres, en environnements industriels extrêmes ou en situation de chémo-autotrophie.

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Pour en savoir plus :

« Terraforming », a future challenge for Synthetic Biology?

marsSynthetic biology could open up new prospects for exporting life within our solar system.

The term « Terraforming » initially appeared in science-fiction literature as encompassing technologies that could make initially inhospitable planets or satellites durably habitable in an autonomous and exploitable manner. More recently, the term has been francized under the term « Biosphérisation », defined as the synthetic creation in an open or closed space of an autonomous and stable environment that is similar to terrestrial environments and favourable to the development or maintenance of life.

The question gained a new resonance, on the one hand with the development, supported by spatial agencies such as NASA or ESA or by private funds, of long-duration human mission projects on planets such as Mars, which could prepare for the development of a human extraterrestrial colonization in the long term. On the other hand, another more fundamental mainspring consisted in defining the criteria of habitability or more generally of potential emergence of life on exoplanets which could be billions in our universe.
Among the critical criteria for the emergence or maintenance of life, three seem to be essential: a temperature that is compatible with the known biological mechanisms and constituents, the presence of liquid water in sufficient quantity, and the existence of a potential source of chemical or photochemical energy. Within the solar system, these conditions seem to be met very probably at least on Mars, and in the subglacial oceans of the satellites Titan, Encelade and Europe of Saturn and Jupiter.

The question that can be asked is then why try to « terraform » these celestial bodies and how to do so based on the current status of technology development. For Mars, the answer is relatively obvious if we think that we can establish one day a lasting human colonization which will imply access to renewable and reliable resources of food, varied organic matter, and oxygen. The answer is slightly different in the case of the three satellites whose surface is inhospitable but where the probable existence of huge buried oceans offers a unique possibility of seeding with adapted synthetic microorganisms which, in the absence of competition with possible endogenous organisms (which remains a hypothesis) could very rapidly mobilise all the planetary resources to produce and accumulate molecules of interest. Whereas bringing back the resulting products on Earth still seems irrelevant at the moment, one could nevertheless constitute in this way, on celestial bodies with a weak gravity, therefore easily accessible, huge reserves of resources (hydrogen, oxygen, fuel, polymers, food) potentially exploitable for the human colonization of our solar system.
Regarding now the « how », the answers seem relatively easy if we consider that such extraterrestrial environments can be easily characterized chemically by automated probes, allowing for the reconstitution on Earth of these exo-environments and their use for developing the engineering of adapted microorganisms by synthetic biology approaches. Experimental assessment of the relevance of solutions would then be feasible by seeding using spatial probes equipped with thermic perforators for the subglacial oceans and directly by robotic or human experiments in the case of Mars. In this last case, it should be noted that exploratory works have already been conducted on Earth with extremophile bacteria, cyanobacteria or plants, and simulations of Martian atmosphere.

Whereas the « terraforming » of a whole planet is therefore still consigned to the realms of fiction, that of limited environments of these planets or satellites seems more reasonable in view of existing technologies. Nevertheless, as usual, a sufficient economic reserve will be needed, except for the purpose of simply answering the question of the supportability of life in adapted extraterrestrial environments, beyond the simple current process of creation of a catalogue of exoplanets meeting the requirements based on purely physical and chemical criteria.
Beyond the potential applications described which still seem very remote, the question is in any case of interest for microorganism engineering for applications, this time terrestrial, in extreme industrial environments or in situations of chemoautotrophy.

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For further information:

 

Contact : Dr. Denis POMPON, Directeur de Recherche Emérite CNRS (dpompon@insa-toulouse.fr)