Les bactéries "zombies" à peine vivantes et d'autres formes de vie constituent une immense quantité de carbone au plus profond du sous-sol de la Terre - 245 à 385 fois supérieure à la masse de carbone de tous les humains à la surface, selon des scientifiques approchant de la fin d'une collaboration internationale de 10 ans pour révéler les secrets les plus intimes de la Terre.

A la veille de la réunion annuelle de l'American Geophysical Union, les scientifiques du Deep Carbon Observatory ont rapporté aujourd'hui plusieurs découvertes transformationnelles, y compris combien et quels types de vie existent dans le sous-sol profond sous les plus grandes pressions extrêmes, Température, et la faible disponibilité des nutriments.

Forage de 2,5 kilomètres dans le fond marin, et l'échantillonnage des microbes des mines continentales et des forages de plus de 5 km de profondeur, les scientifiques ont utilisé les résultats pour construire des modèles de l'écosystème au plus profond de la planète.

Avec des aperçus de centaines de sites sous les continents et les mers, ils ont approximativement la taille de la biosphère profonde - 2 à 2,3 milliards de km3 (presque deux fois le volume de tous les océans) - ainsi que la masse de carbone de la vie profonde :15 à 23 milliards de tonnes (une moyenne d'au moins 7,5 tonnes de carbone par km3 sous la surface).

Le travail aide également à déterminer les types d'environnements extraterrestres qui pourraient soutenir la vie.

Parmi les nombreuses découvertes et idées clés :

• La biosphère profonde constitue un monde qui peut être considéré comme une sorte de « Galápagos souterraines » et comprend des membres des trois domaines de la vie :les bactéries et les archées (microbes sans noyau membranaire), et eucarya (microbes ou organismes multicellulaires avec des cellules qui contiennent un noyau ainsi que des organites liés à la membrane)
• Deux types de microbes, les bactéries et les archées, dominent la Terre profonde. Parmi eux se trouvent des millions de types distincts, la plupart encore à découvrir ou à caractériser. Cette soi-disant "matière noire" microbienne élargit considérablement notre perspective sur l'arbre de vie. Les scientifiques de Deep Life disent qu'environ 70% des bactéries et des archées de la Terre vivent dans le sous-sol
• Les microbes profonds sont souvent très différents de leurs cousins ​​de surface, avec des cycles de vie sur des échelles de temps proches de la géologie, manger dans certains cas rien de plus que l'énergie des roches
• La diversité génétique de la vie sous la surface est comparable ou supérieure à celle au-dessus de la surface
• Alors que les communautés microbiennes souterraines diffèrent considérablement d'un environnement à l'autre, certains genres et groupes taxonomiques supérieurs sont omniprésents - ils apparaissent à l'échelle de la planète
• La richesse de la communauté microbienne est liée à l'âge des sédiments marins où se trouvent les cellules, ce qui suggère que dans les sédiments plus anciens, l'énergie alimentaire a diminué au fil du temps, réduire la communauté microbienne
• Les limites absolues de la vie sur Terre en termes de température, pression, et la disponibilité de l'énergie n'ont pas encore été trouvées. Les records sont continuellement battus. Geogemma barossii est un précurseur pour l'organisme le plus chaud de la Terre dans le monde naturel, un organisme unicellulaire qui prospère dans les cheminées hydrothermales du fond marin. Ses cellules, de minuscules sphères microscopiques, croître et se répliquer à 121 degrés Celsius (21 degrés de plus que le point d'ébullition de l'eau). La vie microbienne peut survivre jusqu'à 122°C, le record atteint dans une culture de laboratoire (par comparaison, l'endroit le plus chaud de la surface de la Terre, détenant le record, dans un désert iranien inhabité, est d'environ 71°C (la température d'un steak bien cuit)
• La profondeur record à laquelle la vie a été trouvée dans le sous-sol continental est d'environ 5 km; le record dans les eaux marines est à 10,5 km de la surface de l'océan, une profondeur de pression extrême; à 4000 mètres de profondeur, par exemple, la pression est environ 400 fois plus élevée qu'au niveau de la mer
• Les scientifiques ont une meilleure compréhension de l'impact sur la vie dans les zones souterraines manipulées par les humains (par exemple, schistes fracturés, la capture et le stockage du carbone)

Une précision toujours plus grande et le coût décroissant du séquençage de l'ADN, couplé avec des percées dans les technologies de forage océanique profond (pionnier sur le navire scientifique japonais Chikyu, conçu pour forer finalement loin sous les fonds marins dans certaines des régions les plus sismiques de la planète) a permis aux chercheurs de jeter leur premier regard détaillé sur la composition de la biosphère profonde.

Des efforts comparables sont déployés pour forer toujours plus profondément sous les environnements continentaux, en utilisant des dispositifs d'échantillonnage qui maintiennent la pression pour préserver la vie microbienne (aucun ne semble représenter une menace ou un avantage pour la santé humaine).

Pour estimer la masse totale de la vie profonde sous-continentale de la Terre, par exemple, les scientifiques ont compilé des données sur la concentration cellulaire et la diversité microbienne dans le monde entier.

Dirigé par Cara Magnabosco du Flatiron Institute Center for Computational Biology, New York, et une équipe internationale de chercheurs, les scientifiques du sous-sol ont pris en compte une série de considérations, y compris le flux de chaleur global, température de surface, la profondeur et la lithologie - les caractéristiques physiques des roches à chaque emplacement - pour estimer que le sous-sol continental héberge 2 à 6 × 10^29 cellules.

Combiné avec des estimations de la vie souterraine sous les océans, La biomasse mondiale totale de la Terre profonde est d'environ 15 à 23 pétagrammes (15 à 23 milliards de tonnes) de carbone.

Dit Mitch Sogin du Laboratoire de biologie marine Woods Hole, ETATS-UNIS, co-président de la communauté Deep Life de DCO de plus de 300 chercheurs dans 34 pays :« Explorer le sous-sol profond s'apparente à explorer la forêt amazonienne. Il y a de la vie partout, et partout, il y a une abondance impressionnante d'organismes inattendus et inhabituels.

"Les études moléculaires soulèvent la probabilité que la matière noire microbienne soit beaucoup plus diversifiée que ce que nous savons actuellement qu'elle est, et les lignées de ramifications les plus profondes remettent en question le concept des trois domaines introduit par Carl Woese en 1977. Peut-être nous approchons-nous d'un lien où les premiers modèles de ramification possibles pourraient être accessibles grâce à une enquête approfondie sur la vie.

"Il y a dix ans, nous en savions beaucoup moins sur la physiologie des bactéries et des microbes qui dominent la biosphère souterraine, " dit Karen Lloyd, Université du Tennessee à Knoxville, ETATS-UNIS. "Aujourd'hui, nous savons que, dans de nombreux endroits, ils investissent la plupart de leur énergie pour simplement maintenir leur existence et peu dans la croissance, qui est une façon fascinante de vivre.

"Aujourd'hui aussi, nous savons que la vie souterraine est courante. Il y a dix ans, nous n'avions échantillonné que quelques sites, le genre d'endroits où nous nous attendions à trouver de la vie. Maintenant, grâce à un échantillonnage ultra-profond, nous savons que nous pouvons les trouver un peu partout, bien que l'échantillonnage n'ait manifestement atteint qu'une partie infinitésimale de la biosphère profonde."

"Nos études sur les microbes de la biosphère profonde ont produit beaucoup de nouvelles connaissances, mais aussi une prise de conscience et une bien plus grande appréciation de tout ce que nous avons encore à apprendre sur la vie souterraine, " dit Rick Colwell, Université d'État de l'Oregon, ETATS-UNIS. "Par exemple, les scientifiques ne connaissent pas encore toutes les manières dont la vie souterraine profonde affecte la vie en surface et vice versa. Et, pour l'instant, nous ne pouvons que nous émerveiller de la nature des métabolismes qui permettent à la vie de survivre dans des conditions extrêmement appauvries et interdites pour la vie dans les profondeurs de la Terre. »

Parmi les nombreuses énigmes restantes de la vie profonde sur Terre :

Mouvement: Comment la vie profonde se propage-t-elle latéralement à travers les fissures dans les roches ? En haut, vers le bas? Comment la vie profonde peut-elle être si similaire en Afrique du Sud et à Seattle, Washington? Avaient-ils des origines similaires et étaient-ils séparés par la tectonique des plaques, par exemple? Ou les communautés elles-mêmes se déplacent-elles ? Quels rôles jouent les grands événements géologiques (tels que la tectonique des plaques, tremblements de terre; création de grandes provinces ignées; bombardements météoritiques) jouent dans les mouvements profonds de la vie ?

Origines : La vie a-t-elle commencé au plus profond de la Terre (soit dans la croûte, à proximité des bouches hydrothermales, ou dans les zones de subduction) puis migrer vers le haut, vers le soleil ? Ou est-ce que la vie a commencé dans un petit étang de surface chaud et a migré vers le bas ? Comment les zombies microbiens souterrains se reproduisent-ils, ou vivre sans se diviser pendant des millions à des dizaines de millions d'années ?

Énergie: est le méthane, hydrogène, ou le rayonnement naturel (provenant de l'uranium et d'autres éléments) la source d'énergie la plus importante pour la vie profonde ? Quelles sources d'énergie profonde sont les plus importantes dans différents contextes ? Comment l'absence de nutriments, et des températures et pressions extrêmes, impacter la distribution et la diversité microbiennes dans le sous-sol ?

« Les découvertes concernant la nature et l'étendue de la biosphère microbienne profonde font partie des réalisations suprêmes de l'Observatoire du carbone profond. Les chercheurs sur la vie profonde nous ont ouvert les yeux sur des perspectives remarquables - des vues émergentes de la vie dont nous ignorions l'existence », déclare Robert Hazen, scientifique senior, Laboratoire de géophysique, Institut Carnegie pour la science, et directeur exécutif de DCO.

"Ce ne sont pas des décorations de Noël, mais les petites boules et les guirlandes de la vie profonde semblent pouvoir décorer un arbre aussi bien qu'un verre Swarovski. Pourquoi la nature rendrait-elle la vie profonde belle quand il n'y a pas de lumière, pas de miroirs ?" dit Jesse Ausubel de l'Université Rockefeller, un fondateur de la DCO.