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La croûte océanique abrite-t-elle des bactéries aérobies ? Probablement…

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Pour certains, le plus grand écosystème de la planète n'aurait pas encore été caractérisé, puisqu'il reposerait sous les sédiments marins. Il s'agirait de la croûte océanique elle-même, qui pourrait donc abriter une importante population de bactéries. Ce dont nous sommes certains maintenant, c'est que de l'oxygène y est consommé... à un taux qui trahit théoriquement une activité biologique.

Le JOIDES Resolution est un navire de recherche scientifique spécialisé dans les forages profonds. Il fait 144 m de long, et possède en son centre un derrick de 60 m de haut. Il constitue un élément clé de l’Integrated Ocean Drilling Program (IODP). © IODP, USIO

Les sédiments marins formeraient le plus grand écosystème connu de la planète, puisqu'environ  2,9 × 1029 organismes unicellulaires y vivraient (dont 33 % à moins de 150 m de profondeur). Ils représenteraient une biomasse de 4,1 pétagrammes de carbone, soit 0,6 % de la biomasse totale de la planète. Ces chiffres, qui correspondent à la dernière estimation en date, ont été publiés en août 2012. Ils ont marqué les esprits, car ils réduisaient de 92 % les précédentes valeurs.

Cependant, certains spécialistes estiment qu'il existerait une autre biosphère qui serait encore plus densément peuplée. Problème : elle est particulièrement difficile d'accès... puisque située sous les sédiments marins. Il s'agit de la croûte océanique, cette structure majoritairement faite de roches basaltiques vieilles de plusieurs millions d'années, et qui a la particularité d'être parcourue par des réseaux de failles et de fissures. S'ils permettent une circulation de l'eau de mer en profondeur, alors pourquoi n'abriteraient-ils pas la vie ?

Des bactéries ont occasionnellement été trouvées dans des roches océaniques crustales, mais leur métabolisme reste méconnu, ce qui empêche toute estimation de leur nombre au sein de cette biosphère. Comment respirent-elles ? Comment produisent-elles leur énergie ? Des éléments de réponse viennent d'être fournis par Beth Orcutt, du Bigelow Laboratory for Ocean Sciences (États-Unis), dans la revue Nature Communications. Ils montrent que de l'oxygène (O2) est consommé dans la croûte océanique !

Beth Orcutt (t-shirt mauve) et Wolfgang Bach (université de Brême, Allemagne) examinent un morceau de croûte océanique remonté à bord du navire océanographique JOIDES Resolution. © Jennifer T. Magnusson

De l’oxygène consommé par une activité biologique ?

Les chercheurs ont tout d'abord focalisé leur attention sur des carottes de sédiments provenant de North Pond, un site situé sur le flanc ouest de la ride médio-atlantique (latitude : 22° N). Elles y ont été prélevées durant l'automne 2011 par le JOIDES Resolution, dans le cadre de l'expédition 336 de l'Integrated Ocean Drilling Program (IODP). Le site est connu car la couche de sédiments qui recouvre la croûte océanique, à plus de 4.400 m de profondeur, ne fait que 300 m d'épaisseur. Les plus vieux dépôts, ceux au contact avec la roche crustale, y ont 8 millions d'années. Ils sont soumis à une température inférieure à 25 °C.

Les mesures ont eu pour objectif de quantifier le gradient en oxygène et en strontium dissous le long de la carotte (ils sont présents dans l'eau de mer interstitielle). Or, il est apparu que l'oxygène ne pénétrait pas en profondeur dans les sédiments, puisque son gradient s'est au mieux interrompu au milieu des prélèvements. De l'oxygène est cependant réapparu dans les sédiments à la fin des carottes, à leur interface avec la croûte océanique. Cette présence démontre qu'un liquide oxydant remonte à cet endroit, ce qui traduit l'existence d'une circulation d'eau contenant de l'oxygène dans la croûte.

Grâce à une savante modélisation basée sur toutes les concentrations en oxygène mesurées, les chercheurs sont ensuite parvenus à la conclusion que l'eau de mer s'appauvrissait en O2 durant son voyage souterrain dans la croûte, d'au minimum 1 nmol/cm3 de roche par jour. Selon les auteurs, ce taux ne pourrait être expliqué par d'éventuelles réactions chimiques qui surviennent dans le milieu, notamment en raison de la faible température qui y règne. En revanche, la présence des bactéries justifie bien les données collectées. Ainsi, elles seraient présentes dans la croûte océanique et respireraient de l'oxygène. 

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