Biosphère souterraine

Diversité microbienne des sédiments profonds

Aujourd’hui, il est clairement établi que des procaryotes viables sont présents dans les sédiments situés à plusieurs centaines de mètres sous le plancher océanique, dans des couches sédimentaires très anciennes. La découverte de l’existence de cette biosphère souterraine représente certainement l’une des découvertes conceptuelles les plus importantes de ces dernières décennies.

Plusieurs indices ont contribué à la démonstration de l’existence de cette biosphère de subsurface. Ils incluent: les marquages de cellules microbiennes à l’aide d’agents intercalants des acides nucléiques tels que l’acridine orange ou le DAPI, la mise en évidence de lipides intacts dans les sédiments profonds, la détection de séquences d’ADN de procaryotes, des mesures d’activités microbiennes avec des radioisotopes, la culture et l’isolement de procaryotes à partir de sédiments profonds et l’hybridation de sondes marquées d‘un fluorophore avec des ADNr 16S microbiens. D’après les premières estimations, cette biomasse ‘cachée’ serait considérable et représenterait entre 55 et 85% de la biomasse des procaryotes sur Terre et environ 30% de la biomasse totale.

La découverte de cette biomasse substantielle a profondément altéré notre perspective de la distribution des organismes vivants sur Terre et soulève un grand nombre de questions passionnantes : Quelles sont les espèces de procaryotes présentes dans les sédiments profonds? Ces procaryotes sont-ils des représentants des communautés marines enfouies au cours du temps et donc des ‘témoins’ d’époques géologiques anciennes ou bien sont-ils transportés par les fluides circulants? Quelles sont les proportions respectives de procaryotes actifs et dormants? Les cortèges microbiens s’accompagnent-ils de cortèges viraux? Quelles sont les abondances cellulaires et comment les différents groupes microbiens sont-ils distribués le long du gradient sédimentaire? Jusqu’à quelle profondeur s’étend cette biosphère souterraine? Quelles sont les sources de carbone et d’énergie qui ‘alimentent’ les communautés souterraines? Comment les procaryotes maintiennent-ils des fonctions cellulaires complexes dans des conditions a priori extrêmes de limitation d’énergie? Comment les procaryotes affectent-ils et comment sont-ils affectés par leur environnement géochimique?

Quelques éléments de réponse à ces questions ont été apportés ces dernières années par la communauté internationale, mais les données disponibles demeurent toutefois trop limitées pour les extrapoler à l’ensemble de la couverture sédimentaire du globe. La composition des communautés microbiennes profondes et la diversité des activités métaboliques commencent à être documentées pour quelques points du globe, mais les fonctions respectives des groupes microbiens ne sont pas identifiées et les relations entre la biosphère profonde et l’environnement géochimique demeurent largement inconnues.

 

 

Copyright IODP

L’implication du LM2E dans la thématique ‘biosphère souterraine’ a débuté dans le cadre du programme européen DEEP BUG. Concrètement, le laboratoire a contribué à l’analyse microbiologique de sédiments océaniques collectés dans le cadre de programmes internationaux de forages océaniques (programme ‘ODP’ Ocean Drilling Program’, auquel a succédé le programme IODP Integrated Ocean Drilling Program’) réalisés dans le Pacifique oriental (Leg ODP 190) et l’Atlantique nord ouest (Leg ODP 210). Les résultats des travaux sur les échantillons du leg 210 ont été publiés (Roussel et al., 2008) et démontrent l'existence d'une biosphère de sub-surface dans des sédiments marins jusqu'à des profondeurs de 1600 m. Ces résultats font l'objet d'une couverture médiatique importante comme l'attestent les commentaires disponibles sur les sites ci-après:

> http://www.nature.com/news/2008/080522/full/news.2008.850.html 
> http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/320/5879/1046 
> http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/320/5879/1046/DC1 
> http://www.sciencenews.org/view/generic/id/32652/title/Life_down_deep 
> http://www.aaas.org/news/releases/2008/0522microbes.shtml 
> http://www.insu.cnrs.fr/a2608,decouverte-une-biosphere-profonde-chaude.html 
> http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18497290 
> http://www.eurekalert.org/pub_releases_ml/2008-05/aaft-q051908.php 
> http://www.cnrs.fr/edd/communication/breves/erwanroussel.htm 
>http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/news/t/biologie-1/d/une-vie-inconnue-grouille-a-15-kilometre-de-profondeur_15817/ 
> http://space.newscientist.com/article/dn13960-huge-hidden-biomass-lives-deep-beneath-the-oceans.html?feedId=space_rss20 

Actuellement, le LM2E développe un effort pérenne sur la biosphère souterraine. A cette fin, un groupe de recherche composé d’un chercheur CNRS ( Le contenu n'est plus disponible ) et d’un maître de conférence UBO (F. Duthoit) a été constitué. Les travaux de ce groupe reposeront principalement sur l'analyse d'échantillons collectés dans le cadre du programme . Ces travaux conjugueront des approches moléculaires, culturales, biogéochimiques et fonctionnelles et intégreront les données issues d’analyses complémentaires obtenues dans le cadre de collaborations internes, nationales et internationales (analyses géophysiques, géochimiques, sédimentologiques) IODP 

 Le programme de recherche qui sera mis en œuvre visera à analyser la diversité et les activités des procaryotes des sédiments marins profonds présents au niveau de sites ateliers. Il se déclinera selon 3 axes:    

(i) la détermination et la mesure des activités microbiennes globales,

(ii) l’identification, la distribution globale et la quantification des procaryotes le long du gradient sédimentaire, et la détermination des activités de groupes abondants et ubiquistes,

(iii) la caractérisation physiologique et métabolique d’organismes modèles isolés de ces sédiments profonds et sélectionnés pour leur représentativité dans l’écosystème ou pour leur originalité phylogénétique ou métabolique.

 Ces 3 axes de recherche correspondent, respectivement, à 3 échelles d’organisation du vivant:    

(i) l’échelle de l’écosystème, avec pour objectifs d’identifier les activités microbiennes majeures prenant place dans cet écosystème singulier et les sources d’énergie utilisées (? par des études microbiologiques et biogéochimiques globales),

(ii) l’échelle de la communauté, avec pour objectifs: (1) d’identifier les groupes microbiens présents, leur abondance et leur distribution (objectifs ultimes: déterminer l’étendue de la biosphère souterraine et les limites physico-chimiques de la Vie) ( par des études moléculaires de la diversité et des approches culturales), et (2), de déterminer la fonction des groupes abondants d’incultivés (par des approches fonctionnelles et métagénomiques),

(iii) l’échelle de l’individu, avec pour objectif de caractériser des procaryotes adaptés à cet environnement singulier (par des études de physiologie et de biochimie métabolique).

Consulter la fiche du groupe biosphère de subsurface