Cité perdue au milieu de l'océan Atlantique, au sommet d'une montagne sous-marine s'élevant à plus de 10000 mètres d'altitude, se trouve Lost City. Des centaines de flèches blanches font saillie dans l'océan sombre, couvrant la zone d'un pâté de maisons et culminant entre 30 et 200 pieds de hauteur. Des fluides alcalins chauds remplis d'hydrogène gazeux s'échappent du sommet de ces tours naturelles dans les eaux juste à l'est de la dorsale médio-atlantique.
Ce qui ressemble à une métropole abandonnée depuis longtemps est, en fait, grouillant de vie microscopique. Les trillions de résidents microbiens de Lost City, perchés au sommet du massif de l'Atlantis, sont devenus une fascination pour les scientifiques. Ces microbes, qui se développent dans un champ hydrothermal au plus profond de l’Atlantique, gardent le secret de la survie de la vie dans des environnements aussi hostiles - et ils peuvent même fournir des indices sur les origines de la vie sur Terre.
Demain, le 8 septembre, un groupe de 22 chercheurs, microbiologistes, géologues et océanographes se rendra à Lost City pour la première fois depuis des années. Ce groupe de scientifiques veut savoir comment les microbes de la Cité perdue gagnent leur vie, ce qu’ils mangent et ce qu’ils respirent, et comment ils survivent dans les températures et les pressions extrêmes des profondeurs de l’océan.
«Nous voulons savoir comment ils vivent là-bas», a déclaré William Brazelton, microbiologiste à l'Université de l'Utah.
Découvert en 2000, Lost City est l’un des rares endroits connus de ce type sur la planète. Contrairement aux types d’évents hydrothermaux plus courants, tels que les fumeurs noirs et les fuites de méthane, Lost City n’est pas alimenté par une activité volcanique. Les évents sont plutôt créés lorsque l'eau de mer rencontre des roches du manteau de la Terre, créant du gaz et de l'énergie dans un processus connu sous le nom de serpentinisation. L'eau riche en calcium provenant de ces évents réagit ensuite avec le carbone dans l'eau de mer pour former les cheminées de carbonate emblématiques de Lost City.
Cheminées carbonatées de la cité perdue imagées lors d’une expédition en 2005 dans le système de ventilation hydrothermale. (D. Kelley / M. Elend / UW / URI-IAO / NOAA / L'équipe scientifique de la ville perdue) L'hydrogène dégagé par les cheminées fournit une source d'énergie suffisante aux microbes vivant dans la Cité perdue. «C’est ce qui se rapproche le plus d’un déjeuner gratuit offert par l’univers», explique Brazelton. Les cheminées libèrent également du méthane, une molécule organique qui constitue une source d’énergie riche pour de nombreux types de vie.
Bien que l’énergie soit abondante, il n’est pas encore clair de savoir où les microbes de cet écosystème des grands fonds marins obtiennent leur carbone ou leurs nutriments. Selon Susan Lang, codirectrice de l’équipe, géochimiste à l’Université de Caroline du Sud, la résolution de ce mystère est l’une des principales missions de l’expédition.
«L'une des questions que nous essayons de résoudre est la suivante: pourquoi recherchent-ils ces microbes?» Dit-elle. "La vie est toujours à la recherche de quelque chose."
Au cours de cette expédition de trois semaines, des scientifiques à bord du navire de recherche (R / V) de la marine américaine, Atlantis, enverront un véhicule téléguidé (ROV), baptisé Jason, descendant d'environ 2 600 pieds dans Lost City pour collecter des échantillons. «Jason ressemble à un VUS avec une grosse queue qui sort de l'arrière», explique Beth Orcutt, microbiologiste au Laboratoire Bigelow pour les sciences de la mer, qui participe à l'expédition mais ne s'en va pas elle-même. "Les scientifiques utilisent Jason comme leurs yeux et leurs bras sur le fond marin."
Jason collectera les sédiments du fond marin et extraira de petits échantillons de cheminées de la Cité perdue, mais ce sera surtout pour la collecte d’eau. Les scientifiques de l'expédition prévoient de collecter l'eau qui coule des cheminées pour capturer les microbes qui vivent au plus profond du massif de l'Atlantide. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que les microbes présents en montagne introduisent du carbone et des nutriments dans l’écosystème, ce qui permet la vie microbienne à la surface des cheminées.
«Cela montrerait que la Terre est un système hautement connecté», déclare Lang. «Même des organismes vraiment étranges vivant au fond de la mer permettent la vie à la surface.»
Le ROV Jason, qui explorera Lost City et prélèvera des échantillons ce mois-ci. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) Déterminer comment les microbes survivent dans la montagne, où des conditions inhospitalières entourent le processus de serpentinisation, pourrait également donner un aperçu de la vie possible sur d'autres planètes. Comme les ingrédients sont relativement simples (eau de mer et de roche) et que l'environnement est exempt d'oxygène, les microbes présents dans l'Atlantis pourraient constituer une fenêtre sur les formes de vie extraterrestres.
«C’est un exemple d’un type d’écosystème qui pourrait être actif sur Enceladus ou sur Europa dès cette seconde période», a déclaré Brazelton, se référant aux lunes saturées de Saturne et de Jupiter, «et peut-être à Mars dans le passé».
Le ROV Jason collectera environ 30 litres d’eau de mer chaque jour. Une partie de l'eau collectée sera stockée dans des congélateurs pour des recherches futures, tandis que d'autres seront analysées sur place pour mesurer la composition chimique ainsi que les populations de microbes et de virus. Au cours des prochaines années, des tests génétiques sur des échantillons d'eau de mer permettront de déterminer quels types de microbes vivent dans cet environnement extrême et comment ils parviennent à survivre.
Il y a aussi des scientifiques qui croient que la Cité perdue, ou un endroit similaire, peut être le lieu de la vie sur Terre. «C’est un bon système pour les premières années de la vie», a déclaré Lang. Les petits pores dans les murs des cheminées de la Cité perdue, combinés à de l'eau de mer de base (par opposition à de l'acide) et à une source d'énergie illimitée dans le gaz hydrogène, pourraient fournir les conditions nécessaires à la vie spontanée.
"La géochimie et la géologie à Lost City semblent s'unir de manière à résoudre le problème énergétique de l'origine de la vie", a déclaré Jeffrey Marlow, microbiologiste à l'Université de Harvard, qui ne participe pas à l'expédition. Le problème de la «poule et de l'oeuf» fait référence au fait qu'une cellule a besoin d'énergie pour créer des biomolécules, et que des biomolécules sont nécessaires pour exploiter l'énergie.
Marlow pense qu'il est plausible que l'eau à pH élevé tourbillonnant dans les pores de la cheminée de Lost City puisse créer des conditions favorables pour que la vie commence. Le gaz hydrogène et d’autres molécules se mélangeant dans les pores peuvent créer un précurseur de la cellule, appelé proto-cellule.
Une image obtenue au microscope électronique à balayage révèle les biofilms faits de microbes sur et dans les cheminées de la cité perdue. (Gracieuseté de Tomaso Bontognali, Susan Lang et Gretchen Früh-Green) Il existe d’autres endroits comme la Cité perdue dans la mer profonde, mais ils se sont révélés difficiles à trouver. Parce que les sous-produits de la serpentinisation sont relativement banals - principalement de l'hydrogène et du méthane - des sites tels que Lost City ne possèdent pas de biosignatures fortes comme les autres systèmes de ventilation hydrothermaux, tels que les fumeurs noirs qui jettent du gaz sulfureux. «Nous pourrions supposer que des sites tels que Lost City sont assez répandus, nous ne savons tout simplement pas où ils se trouvent», déclare Lang. "Pour l'instant, nous dirions que la Cité perdue est unique, mais ce n'est probablement pas le seul."
Trouver une autre ville perdue semble bientôt improbable étant donné que la plus grande partie de l'océan n'a jamais été explorée par l'homme. «Nous n’avons vu qu’une infime partie du fond marin», explique Marlow. «Il y a tellement d'autres choses à découvrir.» Selon le United States National Ocean Service, moins de 20% de l'océan a été cartographié ou observé par l'homme.
L'océan profond est autant une frontière pour les scientifiques que l'espace lointain. Les chercheurs commencent tout juste à comprendre la diversité des fonctions de la vie dans les écosystèmes extrêmes situés à proximité du fond de la mer, et les scientifiques ne sont pas les seuls à s'intéresser à la mer profonde. Les ressources minérales, telles que le nickel, le cobalt, l'argent et l'or, ont suscité l'intérêt des sociétés minières, qui investissent de plus en plus dans l'exploitation future des grands fonds.
«Quand j'étais étudiant en train d'apprendre sur les profondeurs marines, l'idée qu'il y ait des minéraux sur le fond marin que les industries pourraient exploiter était totalement une idée de science-fiction car ce n'était pas économiquement viable du tout», a déclaré Orcutt. Mais à présent, les technologies requises sont là et l'Autorité internationale des fonds marins (l'agence des Nations Unies qui autorise les activités minières dans les eaux internationales) délivre chaque année des permis d'exploration minière. Un de ces permis, délivré en août 2017, donnait à la Pologne le droit d'exploiter la zone de fond marin où se trouve Lost City.
Une structure "ruche" dans Lost City. (Gracieuseté de Deborah Kelley, Université de Washington) Certains scientifiques de la mer affirment qu'exploiter le fond marin avant même de comprendre sa biologie fondamentale pourrait être une recette pour un désastre. "Comme avec n'importe quelle frontière, il est assez facile d'influer sur les changements sans même savoir ce qui se passe ou ce que sont les vulnérabilités", déclare Lisa Levin, biologiste des fonds marins et cofondatrice de Deep Ocean Stewardship Initiative, qui vise à attirer des scientifiques, des économistes, des experts en politiques et des représentants de l’industrie sur les questions d’exploitation en haute mer. Levin a déclaré que lorsque la Pologne a reçu les droits d'exploitation de la zone autour de Lost City, elle a levé le drapeau rouge pour les microbiologistes des grands fonds. "C'était un événement catalytique."
De nombreux chercheurs en eaux profondes appellent maintenant à la conservation de Lost City et de lieux analogues, soulignant l’importance mondiale de la microbiologie des grands fonds, qui contribue aux cycles des éléments nutritifs, à l’atténuation des changements climatiques et à la diversité génétique. «Nous voulons attirer l'attention sur la fraction invisible de la vie», a déclaré Orcutt, qui a organisé des réunions scientifiques sur les impacts de l'extraction minière en haute mer sur l'activité microbienne. «Le fond marin a de la valeur. Chaque fois que des scientifiques se rendent au fond de l'océan, de nouvelles espèces sont découvertes. Il y a tellement de choses sur l'océan que nous ignorons.
L'expédition de ce mois à Lost City nous aidera à en apprendre un peu plus sur les mondes mystérieux ci-dessous.
