De minuscules microbes jouent un rôle important dans le recyclage du carbone et d'autres éléments clés dans notre air, l'eau, sol et sédiments. Non seulement les microbes capturent et libèrent du carbone, contribuer à un cycle qui est au cœur de la vie sur Terre, ils libèrent également des composés qui peuvent modifier les minéraux existants et en former de nouveaux, façonnant à leur tour la géologie du monde qui nous entoure.

Saisir le biologique, les processus chimiques et géologiques dans lesquels les microbes s'engagent sont essentiels pour comprendre et prévoir le climat mondial, les émissions de gaz à effet de serre, le transport des nutriments et d'autres phénomènes naturels.

Les chercheurs qui étudient ces processus au laboratoire national d'Argonne du ministère de l'Énergie (DOE) ont découvert que ces communautés microbiennes sont considérablement affectées par les types de sources de «nourriture» de carbone disponibles. Leurs découvertes, publié dans la revue PLOS UN , révèlent que le type de source de carbone affecte non seulement la composition et l'activité des communautés microbiennes naturelles, mais aussi à leur tour les types de produits minéraux qui se forment dans leur environnement.

"Notre étude démontre le couplage étroit entre les systèmes biologiques et l'environnement, deux choses que la plupart des gens considéreraient séparément, " a déclaré le microbiologiste d'Argonne Dion Antonopoulos, un co-auteur de l'étude. « Nous avons illustré qu'à mesure que les micro-organismes modifient leur environnement, leur environnement affecte alors le type de micro-organismes qui s'y trouvent et leur activité.

Pour leur analyse, les chercheurs se sont concentrés sur les communautés microbiennes trouvées sous la surface de la Terre qui effectuent la respiration anaérobie, un processus chimique permettant de libérer de l'énergie à partir de sources de carbone « nourriture » ​​qui se produit à travers une série complexe de réactions dans un environnement sans oxygène. Les bactéries absorbent le carbone et libèrent divers sous-produits chimiques dans l'environnement; certains sous-produits de ce processus modifient les minéraux présents dans l'environnement.

Les chercheurs ont pris ces communautés microbiennes particulières et leur ont présenté l'une des trois sources de carbone :glucose, un sucre à six carbones; lactate, un composé à quatre carbones; ou acétate, un simple composé à deux carbones.

"En plus de choisir l'acétate, le lactate et le glucose en raison de leur gamme relative de complexité, nous les avons choisis car ils sont représentatifs des types de molécules carbonées trouvées, à des degrés divers, en milieu souterrain, " a déclaré le physicien d'Argonne Kenneth Kemner, un co-auteur de l'étude.

Après avoir fourni aux bactéries ces trois sources de nourriture, les chercheurs ont passé des semaines à surveiller et à mesurer les changements au sein de ces systèmes. Entre autres, ils ont mesuré la quantité et le taux auquel le glucose, le lactate et l'acétate ont été utilisés par les bactéries, les sous-produits minéraux qui se sont formés dans leur environnement et les types de microbes présents à chaque fois.

« L'étude de la croissance des communautés microbiennes est un sujet sur lequel de nombreux chercheurs se sont concentrés, mais le fait que nous combinions cela avec l'étude des changements dans la chimie de ces systèmes, et le faire de manière très synchronisée, est ce qui rend ce travail roman, " a déclaré le biogéochimiste d'Argonne Ed O'Loughlin, un autre co-auteur de l'étude.

L'analyse de ces données côte à côte a permis aux chercheurs de voir quels types de microbes sont devenus plus ou moins abondants en fonction d'un ensemble spécifique de conditions environnementales. Le chevauchement de ces données leur a également permis d'observer comment les communautés microbiennes ont changé parallèlement aux changements des conditions environnementales au fil du temps.

"Les études antérieures n'utilisaient que quelques échantillons et mesuraient les changements sur quelques instants seulement, comme l'état de début et de fin. Dans notre cas, nous avons collecté des données à de nombreux autres moments, aider à mieux caractériser la réponse du système dans le temps, " a déclaré O'Loughlin.

Leur analyse a montré qu'une série distincte de changements se produisait régulièrement lorsque les microbes étaient exposés à des environnements riches en lactate ou en acétate. Cependant, dans des environnements riches en glucose, ils ont observé divers modèles de changements.

"Nous pensons que, parce que le glucose est un plus grand, composé plus complexe qui peut être décomposé en de nombreux composés plus simples, cela ouvre plus de voies chimiques dans la communauté à travers lesquelles il peut être utilisé, et que ce potentiel métabolique diversifié explique les différents schémas que nous observons, " a déclaré O'Loughlin.

« Découvrir quels sont les paramètres qui font qu'une communauté microbienne suit un modèle particulier, ce serait une direction pour les recherches futures, " il a dit.