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Une grotte aux conditions de vie extrêmes, mais où la vie s’épanouit

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Les bactéries et les archées ont décidément conquis tous les milieux, même les plus extrêmes. Un écosystème d'une grande diversité a ainsi été identifié dans une grotte américaine considérée comme un désert souterrain. Comme quoi, des êtres peuvent vivre d'air, d'eau et de pierres.

Le site américain des cavernes Kartchner mesure 3,9 km de long, et se compose de roches calcaires qui se sont formées voilà 330 millions d'années. Ce réseau souterrain se caractérise par une forte humidité (99,4 % en moyenne), ainsi que par un taux élevé de CO2 dans l'air ambiant. © MPR529, Flickr, cc by nc nd 2.0

Aux États-Unis, l'Arizona est célèbre pour ses paysages désertiques peuplés de cactus et autres acacias. Bien que semi-aride, cet État reçoit chaque année son lot de précipitations, dont les eaux légèrement acides pénètrent dans les sols où elles dissolvent les roches calcaires. C'est ainsi que d'importants réseaux souterrains ont naturellement été creusés dans ses sous-sols. Parmi eux figurent les cavernes Kartchner découvertes en 1974, mais officiellement déclarées en 1988. De nos jours, leurs dimensions émerveillent de nombreux touristes, tandis que des scientifiques peuvent étudier des salles préservées de tout impact humain.

Ces milieux cavernicoles ainsi laissés vierges constituent une mine d'or pour les chercheurs, car ils correspondent à de véritables déserts souterrains. En effet, les êtres qui s'y développent en l'absence de lumière ont accès à 1.000 fois moins de carbone, un élément essentiel à la vie, que ceux vivant dans des grottes de régions tempérées. La raison en est que les eaux d'infiltration qui s'écoulent sur les parois traversent peu de matières organiques en décomposition avant d'entamer leur voyage souterrain. Ainsi, comment les bactéries et les archées trouvées sur le site font-elles pour survivre ? Tout d'abord, qui sont-elles ?

Pour répondre à ces questions, Marianyoly Ortiz et ses collaborateurs de l'université de l'Arizona, entre autres, ont frotté des stalactites ainsi que diverses autres concrétions avec des écouvillons. Leur but : récolter de l'ADN. Ce matériel génétique a ensuite été séquencé de manière à livrer des informations sur les bactéries en présence, mais aussi sur les voies métaboliques utilisées pour survivre dans cet environnement oligotrophe. Selon l'article paru dans le journal de l'International Society for Microbial Ecology (ISME), la surprise a été de taille, puisque des écosystèmes complets d'une grande diversité ont été identifiés.

Les stalactites des cavernes Kartchner sont recouvertes par des écosystèmes complets et diversifiés composés de bactéries et d’archées, qui tirent leurs nutriments de l’eau de ruissellement. Elles participent également à la croissance des concrétions en précipitant de la calcite. © Bob Casavant, Arizona State Park Service

Des procaryotes qui se nourrissent d’eau, d’air et de pierres

Ainsi, les scientifiques ont répertorié des producteurs et des consommateurs, comme dans tout écosystème conventionnel qui se respecte. Les cellules procaryotes impliquées dans la synthèse de composés organiques survivent grâce aux éléments apportés par les eaux de ruissellement, mais elles exploitent en majorité des molécules contenant de l'azote, comme les nitrites et les ammoniums. Elles en extraient l'énergie requise pour convertir le CO2 atmosphérique en biomasse.

Plus minoritaires, d'autres unicellulaires se nourrissent littéralement de la roche, en produisant de l'énergie à partir de manganèse ou de composés comme la pyrite. Concrètement, des indices suggèrent que les six voies métaboliques permettant la production de biomasse sans lumière sont exploitées par les bactéries et archées de la grotte.

Une bactérie trouvée en quatre points du globe

Les chercheurs s'attendaient à ce que la diversité bactérienne du site ne représente qu'une petite fraction de celle qui se trouve en surface. Ils ont donc été surpris, puisque cette diversité n'est que moitié moindre sous terre, ce qui est donc largement supérieur aux estimations. Notons que seules 16 % des espèces trouvées dans les cavités ont également été décelées en surface. Alors d'où viennent les 84 % restants, sachant qu'environ 20 % des êtres identifiés ne sont connus d'aucune base de données génétiques ?

Autre surprise : des bactéries SBR1093 ont été trouvées. Il s'agit d'une espèce rare qui n'avait auparavant été localisée que sur trois autres sites dans le monde : sur un stromatolithe de la baie Shark en Australie, sur un terrain pollué aux hydrocarbures en France et dans une station de traitement des eaux de Brisbane, encore une fois en Australie. Mais comment l'expliquer ?

Cette étude rappelle à quel point les bactéries et les archées ont réussi à conquérir tous les milieux, même les plus extrêmes, grâce à leur grande plasticité. Elles restent cependant largement méconnues, alors qu'elles pourraient par exemple livrer de précieuses informations aux spécialistes de la dépollution des sols (quid de SBR1093 ?) ou aux industries pharmaceutiques (des bactéries trouvées sont proches de celles qui produisent de l'érythromycine) et aux exobiologistes.

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