Des kilomètres sous la surface de l'océan dans l'abîme sombre, de vastes communautés de microbes sous-marins dans les sources chaudes des eaux profondes convertissent les produits chimiques en énergie qui permet à la vie sous-marine de survivre - et même de prospérer - dans un monde sans lumière du soleil. Jusqu'à maintenant, cependant, mesurer la productivité des communautés microbiennes sous-marines, ou à quelle vitesse elles oxydent les produits chimiques et la quantité de carbone qu'elles produisent, a été presque impossible.

Une nouvelle étude menée par des scientifiques de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) a dévoilé que ces écosystèmes à base de microbes sont étonnamment productifs et jouent un rôle important dans le soutien de la vie plus haut dans la chaîne alimentaire dans l'océan profond affamé de nourriture. Ils estiment que dans le monde, les communautés microbiennes des évents hydrothermaux des grands fonds peuvent en produire plus de 4, 000 tonnes de carbone organique chaque jour, la pierre angulaire de la vie. C'est à peu près la même quantité de carbone dans 200 rorquals bleus, ce qui fait de ces écosystèmes l'un des océans les plus productifs par volume. L'étude paraît dans le 11 juin 2018, problème de Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Nous avons découvert que les communautés microbiennes vivant sous le fond marin au niveau des évents peuvent générer des quantités de carbone similaires à celles des communautés animales bien connues au-dessus du fond marin, comme les vers tubicoles, qui sont connus pour être aussi productifs que les écosystèmes de la forêt tropicale, " dit Stefan Sievert, microbiologiste à l'OMSI et auteur principal de l'étude. "Les quantités importantes de carbone que ces organismes produisent quotidiennement constituent une source importante de nourriture et d'énergie pour d'autres organismes des grands fonds, où il y a généralement beaucoup moins de carbone disponible. » Comme le carbone de la décomposition de la vie marine descend des eaux de surface vers les profondeurs, les bactéries et autres micro-organismes le rongent jusqu'à ce qu'il se dessèche en cartilage marin. "Ce qui descend de la surface vers ces profondeurs n'est pas grand-chose, et peu digeste pour la vie sous-marine, " a déclaré Jesse McNichol, qui a mené ce travail en tant que doctorant. étudiant à WHOI et est le premier auteur de l'étude.

Les microbes au niveau des évents obtiennent leur énergie pour vivre et se développer grâce à la chimiosynthèse, se nourrissant d'un cocktail chimique de fluides hydrothermaux chauds émanant de la croûte océanique. Et ils, à son tour, représentent la base du réseau trophique, fournir de la nourriture à d'autres organismes qui ont besoin de matière organique préformée, tout comme les humains le font.

"Les microbes jouent donc un rôle important en générant de nouvelles sources de carbone que d'autres organismes peuvent consommer, " a déclaré McNichol. " Sur la base de la zone relativement petite que les évents occupent du fond marin, la productivité globale là-bas est faible par rapport à ce que l'on voit en surface, mais un peu peut aller très loin dans les grands fonds et cela crée également des points chauds d'activité près des évents."

Mesurer la productivité des communautés microbiennes sous-marines a été une tâche ardue. Pour l'accomplir, les chercheurs ont collecté des échantillons de microbes à partir d'un site de ventilation bien étudié sur l'est du Pacifique, connu sous le nom de Crab Spa. Les fluides d'évent ont été collectés dans des conteneurs d'échantillonnage d'eau appelés échantillonneurs isobares étanches aux gaz (IGT), qui sont conçus pour maintenir les pressions extrêmes de l'environnement naturel des grands fonds où vivent les microbes. « Si vous ramenez les échantillonneurs à la surface sans maintenir la pression qui existe au fond de la mer, " a expliqué Jeff Seewald, un géochimiste au WHOI qui a développé ces échantillonneurs et est co-auteur de l'étude, « les gaz dissous dans le fluide vont dégazer, comme lorsque vous ouvrez une bouteille d'eau gazeuse. Cela peut modifier la chimie du fluide et l'activité des microbes."

Dans le laboratoire, les pressions et les températures en haute mer ont été maintenues tandis que les chercheurs ont ajouté des produits chimiques tels que le nitrate, gaz hydrogène, et de l'oxygène gazeux aux échantillons. Grâce à ce processus, les scientifiques ont pu mesurer les taux auxquels les microbes ont consommé des produits chimiques spécifiques et avec quelle efficacité ils les ont convertis en biomasse, un paramètre critique pour déterminer la productivité de l'écosystème microbien.

Faire cela, les scientifiques du WHOI se sont associés à des chercheurs de Leipzig, Allemagne, d'employer une nouvelle méthode d'analyse connue sous le nom de NanoSIMS, leur permettant de faire correspondre les identités des microbes avec leurs taux de production de carbone dans différentes conditions d'incubation au niveau des cellules microbiennes individuelles, montrant que les microbes connus sous le nom de Campylobacteria (anciennement connu sous le nom d'Epsilonproteobacteria) étaient les principaux producteurs de carbone.

"Certains des microbes des incubations ont doublé leur population en quelques heures seulement", dit Sievert. "Cela indique une biosphère sous-marine très active au niveau des évents en eau profonde."

Compte tenu du rôle essentiel que jouent ces communautés microbiennes dans les profondeurs de l'océan, les scientifiques recherchent des moyens nouveaux et plus courants de mesurer la productivité à des kilomètres sous la surface de la mer. Récemment, Sievert avec le microbiologiste WHOI Craig Taylor, le biogéochimiste microbien Jeremy Rich à l'Université du Maine, et les ingénieurs de WHOI ont reçu un financement de la National Science Foundation pour développer un nouveau type d'instrument d'échantillonnage connu sous le nom de Vent-Submersible Incubation Device ("Vent-SID") qui complète l'approche basée sur l'IGT.

"Il est conçu pour incuber les microbes et mesurer leurs activités directement au fond de la mer, " expliqua Sievert, minimiser le temps avant que les incubations puissent commencer après le prélèvement d'un échantillon. Avancer, les scientifiques prévoient également de mesurer la productivité microbienne sur d'autres sites de ventilation à travers l'océan mondial pour affiner les estimations obtenues dans la présente étude.

« Nous avons étudié un type de système de ventilation assez courant, mais nous aimerions examiner d'autres sites de ventilation où il y a une abondance d'autres produits chimiques comme l'hydrogène, par exemple, et voir si les valeurs de productivité changent de manière significative, " a déclaré McNichol.