Les microbes sont les plus petits organismes vivants connus sur Terre et peuvent être trouvés à peu près partout, même dans les conditions froides, semblables à celles de Mars, des grottes de lave. Sur l’île d’Hawaï, des scientifiques ont récemment découvert un assortiment de nouveaux microbes dans des grottes géothermiques, des tubes de lave et des éruptions volcaniques.
Entre 2006 et 2009 et entre 2017 et 2019, des chercheurs américains ont prélevé environ 70 échantillons dans des grottes de lave, des tunnels de lave et des évents géothermiques ou fumerolles – des ouvertures dans la croûte terrestre d’où s’échappent des vapeurs d’eau chaudes à très chaudes et des gaz volcaniques.
Lorsque les chercheurs ont séquencé ces échantillons pour un seul gène d’ARN, qui est couramment utilisé pour identifier la diversité et l’abondance microbiennes, ils n’ont pu lier aucun résultat à des genres ou des espèces connus, du moins pas avec une grande fidélité. « Cela suggère que les grottes et les fumerolles sont des écosystèmes sous-explorés », écrivent les chercheurs.
Similaire à l’environnement sur Mars
Ces structures souterraines se sont formées il y a 65 à 800 ans et reçoivent peu ou pas de lumière solaire. Ils peuvent également abriter des minéraux et des gaz toxiques. Pourtant, les tapis microbiens sont une caractéristique commune des grottes de lave à Hawaï. Les microbes, après les plantes, constituent la majorité de la biomasse de notre planète et presque toute la biomasse du sous-sol profond de la Terre. Mais parce que ces organismes sont si petits et vivent dans des environnements aussi extrêmes, les scientifiques les ont jusqu’à présent négligés.
Ces dernières années, il y a eu un intérêt croissant pour les microbes souterrains car ils vivent dans des environnements très similaires à ceux de Mars, mais il reste encore un long chemin à parcourir. Selon de récentes estimations, 99,999 % de toutes les espèces de microbes resteraient inconnues, ce qui amène certains à les appeler « matière noire ».
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Le type de microbe dépend de l’environnement
La nouvelle recherche d’Hawaï montre à quel point ces formes de vie sont obscures. La diversité entre les lieux variait. Les tubes de lave plus anciens, qui ont entre 500 et 800 ans, abritent des populations de microbes plus diversifiées que les sites actifs géothermiques ou les sites de moins de 400 ans. Alors que ces sites plus anciens étaient plus diversifiés, les sites plus jeunes et plus actifs ont montré des interactions plus complexes entre les microbes, probablement en raison de la plus faible diversité. Les microbes peuvent avoir besoin de travailler ensemble pour mieux survivre.
Les chercheurs soupçonnent qu’il faut du temps aux microbes pour coloniser les basaltes volcaniques, et à mesure que l’environnement qui les entoure change, la structure de leur communauté change également. Dans les grottes plus fraîches, par exemple, les protéobactéries et les actinobactéries sont plus abondantes. « Cela soulève la question de savoir si les environnements extrêmes contribuent à l’émergence de communautés microbiennes plus interactives, avec des micro-organismes plus dépendants les uns des autres ? » se demande la microbiologiste Rebecca Prescott de l’Université d’Hawaï à Mānoa. « Et si oui, qu’en est-il des environnements extrêmes que cela contribue à créer? »
Dans les grottes de lave plus jeunes, les microbes se sont avérés plus éloignés. Cela suggère que la concurrence est une force plus forte dans des environnements plus difficiles, une force qui réduit la probabilité que des espèces étroitement apparentées vivent côte à côte.
La co-culture est importante
Différents types de bactéries, telles que Chloroflexi et Acidobacteria, ont été trouvées dans presque tous les sites, quel que soit leur âge. Ces microbes semblent être des acteurs clés dans leurs communautés. Les chercheurs les appellent des espèces « hub » car elles rassemblent d’autres microbes.
Il est possible que les microbes Chloroflexi soient des sources de carbone dans l’écosystème en utilisant l’énergie lumineuse dans des conditions relativement sombres, mais pour l’instant ce ne sont que des spéculations. Parce qu’un seul gène a été partiellement séquencé dans l’étude, Prescott et ses collègues ne peuvent pas dire quel est le rôle d’un microbe particulier dans leur communauté souterraine.
« Cette étude illustre l’importance d’étudier les microbes en co-culture, plutôt que de simplement les cultiver en tant qu’isolats », déclare Prescott. « Dans le monde naturel, les microbes ne se développent pas isolément. Au lieu de cela, ils grandissent, vivent et interagissent avec de nombreux autres micro-organismes dans une mer de signaux chimiques provenant de ces autres microbes. Cela peut alors altérer l’expression de leurs gènes, affectant leurs rôles dans la communauté », conclut-elle.
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