Si vous atteigniez le fond de la mer et continuiez à descendre, vous rencontriez un écosystème unique en son genre. La croûte terrestre, recouverte de plusieurs centaines de mètres de sédiments, est constituée d'épaisses couches de roches de lave recouvertes de fissures recouvrant environ 70% de la surface de la planète. L'eau de mer coule à travers les fissures, et ce système de rivouts rocheux est énorme: c'est le plus grand aquifère au monde, avec 4% du volume global des océans, déclare Mark Lever, écologiste qui étudie le cycle du carbone anaérobie (sans oxygène) à Aarhus Université au Danemark.
Selon une nouvelle étude de Lever, publiée ce mois-ci dans Science, la croûte terrestre est peut-être le plus grand écosystème de la planète. Pendant sept ans, il a incubé des roches basaltiques vieilles de 3, 5 millions d'années recueillies à 565 mètres sous le fond océanique - la profondeur de près de deux tours Eiffel empilées - et a trouvé des microbes vivants. Ces microbes vivent loin des communautés bactériennes florissantes des dorsales océaniques et survivent en transformant lentement en énergie le soufre et d'autres minéraux.
Mais quelle est la taille de cet écosystème alimenté par des produits chimiques qui survit entièrement sans oxygène? Si les résultats de son échantillon, recueillis au-dessous du fond de la mer au large de l'État de Washington, sont similaires à ceux de la planète, alors diverses communautés microbiennes pourraient survivre dans la croûte océanique, couvrant les deux tiers de la surface de la terre et allant éventuellement miles de profondeur.
Julie Huber, océanographe microbienne au Laboratoire de biologie marine, explique Julie Huber, un océanographe microbien au Marine Biological Laboratory. à Woods Hole, dans le Massachusetts. "La preuve de Mark indiquerait que c'est un monde très différent."
Les microbes qui tirent leur énergie de minéraux plutôt que de la lumière du soleil sont loin d’être rares. Les plus connues de ces bactéries dites chimio-autotrophes ou chimio-synthétiques sont celles trouvées dans les sources hydrothermales situées dans les eaux profondes. Certaines de ces bactéries vivent en symbiose avec les vers tubulaires, les moules et les palourdes géants, fournissant de l'énergie chimiquement produite à ces organismes plus volumineux lorsqu'ils "respirent" l'eau riche en soufre qui sort de l'évent - un peu comme les plantes convertissent la lumière solaire en énergie à la surface. Des microbes chimiosynthétiques se retrouvent également dans les marais salants, les mangroves et les herbiers marins en décomposition et pauvres en oxygène - «n'importe quel endroit où vous avez de la boue noire puante, vous pouvez avoir une chimioautotrophie», déclare Chuck Fisher, biologiste spécialiste des grands fonds marins en Pennsylvanie. Université d'État à College Park.
Mais ce qui distingue les microbes du fond marin de Lever, c'est qu'ils n'utilisent pas du tout d'oxygène. Les bactéries symbiotiques présentes dans les sources hydrothermales sont souvent qualifiées de «vie sans lumière solaire», mais elles dépendent toujours indirectement de la lumière solaire en utilisant de l'oxygène produit par le soleil lors de la réaction chimique pour générer de l'énergie. Les microbes chimiosynthétiques dans les marais salés se nourrissent de plantes et d'animaux en décomposition, qui tirent leur énergie du soleil. Même les sédiments d'eaux profondes s'accumulent dans un assortiment d'animaux morts, de plantes, de microbes et de pellets fécaux qui utilisent l'énergie de la lumière.
Les microbes de la croûte océanique, quant à eux, reposent entièrement sur des molécules non oxygénées dérivées de la roche et totalement éliminées de la photosynthèse, telles que le sulfate, le dioxyde de carbone et l'hydrogène. «En ce sens, il s'agit d'un univers parallèle, en ce sens qu'il fonctionne sur un type d'énergie différent», déclare Lever. Ces molécules fournissent beaucoup moins d'énergie que l'oxygène, ce qui crée une sorte de mouvement lent des microbes dans les aliments. Ainsi, au lieu de se diviser et de se développer rapidement, à l'instar de nombreuses bactéries à base d'oxygène, Fisher soupçonne les microbes de la croûte terrestre de se diviser une fois tous les cent ou mille ans.
Un évent hydrothermal, recouvert de vers à tube, crache une fumée noire de soufre sur la crête de Juan de Fuca. Les microbes de la croûte océanique ont été collectés à des centaines de mètres sous le fond marin sous cette même crête. (Photo via l'Université de Washington; NOAA / OAR / OER) Mais ce n'est pas parce qu'ils sont lents qu'ils sont rares. «Il existe de nombreuses données selon lesquelles il existe une grande biosphère très productive sous la surface», déclare Fisher.
En outre, la taille des populations microbiennes dans différentes zones de la croûte peut varier considérablement, note Huber. À travers ses études sur le fluide trouvé entre les fissures de la croûte, elle dit que dans certaines zones, le fluide contient à peu près le même nombre de microbes que l’eau de mer profonde standard recueillie à des profondeurs océaniques de 4 000 mètres (environ 2 000 km): environ 10 000 microbes cellules par millilitre. Dans d'autres régions, telles que la crête Juan de Fuca dans l'océan Pacifique où Lever a trouvé ses microbes, il y a moins de cellules, environ 8 000 microbes par millilitre. Et dans d’autres régions, comme dans les fluides non oxygénés situés au fond d’évents hydrothermaux, il peut y en avoir environ 10 fois plus.
Ce n'est pas seulement le nombre de microbes qui varie en fonction de l'endroit. Il est également possible que différentes espèces microbiennes se retrouvent dans différents types de croûte. «Différents types de roches et différents types de chimie devraient donner lieu à différents types de microbes», déclare Andreas Teske, écologiste microbien des fonds marins de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et co-auteur du document de Lever. La crête de Juan de Fuca est une zone relativement chaude regorgeant de nouvelles roches, qui ont tendance à être composées de minéraux plus réactifs et donc capables de fournir plus d’énergie. Les autres parties de la croûte sont plus anciennes, composées de différents minéraux et plus froides. Et, dans certaines régions, de l'eau oxygénée parvient jusqu'aux fissures.
C’est cette eau de mer infiltrante qui empêche cet écosystème sous-marin d’exister sur un avion complètement séparé de notre avion oxygéné. «La croûte joue un rôle important en influant sur la composition chimique de l'océan et de l'atmosphère, en influençant ultimement les cycles sur la Terre», a déclaré Lever . Certains des composés créés par les microbes de la croûte océanique provenant de la roche sont solubles dans l’eau et finiront par pénétrer dans l’océan. Le soufre, par exemple, est présent dans le magma - mais une fois que les microbes l'utilisent comme énergie, il est converti en sulfate. Puis il se dissout et devient un élément nutritif important dans la chaîne alimentaire de l'océan.
La découverte par le levier d'une communauté microbienne dans la croûte pourrait catalyser la communauté scientifique pour répondre à ces questions. Par exemple, quels types de microbes se trouvent où , interagissent-ils à travers des fissures interconnectées dans la roche, et quel rôle jouent-ils dans le cycle des minéraux et des nutriments? À certains égards, il s’agit d’un travail exploratoire très fondamental. «Une grande partie de ce que nous faisons sur le fond marin est semblable à ce que nous faisons actuellement sur Mars», déclare Huber. «Le contrôle de Curiosity est très similaire à l’exploitation d’un ROV sous l’océan.»
En savoir plus sur les profondeurs marines depuis le portail océanographique du Smithsonian.
