Plus de 10 miles dans l'arrière-pays du parc national de Yellowstone, au bord de la caldeira, vit une communauté de haute altitude si diversifiée que les scientifiques de l'Université d'État du Montana l'appellent « incroyable, unique et vraiment étrange."

La communauté de micro-organismes vit dans une source chaude bleu saphir 8, 600 pieds au-dessus du niveau de la mer sur le Continental Divide. C'est une piscine où les gaz volcaniques montent pour se mélanger à la fonte des neiges et à l'eau de pluie, un phénomène qui permet des niveaux de diversité exceptionnellement élevés, dit Dan Colman, professeur adjoint de recherche au Département de microbiologie et d'immunologie du Collège d'agriculture et du Collège des lettres et des sciences.

Colman a trouvé plus de biodiversité microbienne dans un échantillon de la taille d'une vignette que ce qui est présent si l'on combinait toute la biodiversité animale et végétale de Yellowstone. Certains étaient des bactéries et d'autres étaient des archées, deux des trois domaines de la vie, et moins de la moitié d'entre eux avaient été détectés auparavant dans les systèmes hydrothermaux. Certains peuvent même être des parents modernes d'anciens microbes, offrant potentiellement des leçons sur la vie sur la Terre primitive et le potentiel de vie sur d'autres planètes.

"Nous pensons que ce travail a des implications assez larges qui s'étendent à plusieurs disciplines, " dit Colman, auteur principal d'un article scientifique qui expliquait les découvertes de MSU dans la source chaude connue sous le nom de Smoke Jumper 3 ou SJ3.

L'article a été publié le 8 février dans la revue en ligne Communication Nature . Les coauteurs étaient le professeur agrégé Eric Boyd et la doctorante Melody Lindsay, à la fois dans le département de microbiologie et d'immunologie.

Boyd a déclaré que le document est unique en ce qu'il ne décrit pas seulement la diversité trouvée dans une source chaude; elle explique aussi les conditions qui ont permis à cette diversité de se développer et de se maintenir.

"Beaucoup de gens sont intéressés à découvrir la diversité. C'est le but final. C'est admirable, " Boyd a dit. " Ce que Dan voulait savoir, c'est pourquoi. Pourquoi avons-nous tant de diversité, et pourquoi certaines sources sont-elles plus diverses que d'autres ?"

Colman attribue cette diversité à la géochimie unique du Smoke Jumper Geyser Basin, surtout SJ3. Il a déclaré que SJ3 est l'endroit idéal pour commencer à comprendre comment les processus géologiques conduisent à des gaz volcaniques élevés dans les systèmes hydrothermaux et comment cela, à son tour, soutient la vie microbienne qui dépend de sources d'énergie chimiques au lieu de l'énergie lumineuse.

"Nous montrons que cela est dû à sa situation géographique et, sans parler de, qu'il se trouve au sommet de l'un des plus grands volcans actifs du monde, " dit-il. " SJ3 est situé à haute altitude sur le Continental Divide, caractéristiques qui empêchent les aquifères hydrothermaux profonds d'atteindre cette zone."

Colman a déclaré que SJ3 et d'autres sources similaires sont alimentées par des volumes élevés de gaz volcaniques générés par l'ébullition des eaux hydrothermales à mesure qu'elles montent vers la surface. Ces gaz peuvent se mélanger aux eaux proches de la surface, comme les pluies récentes ou la neige fondue.

Il a noté que le gaz volcanique qui se retrouve dans SJ3 est très différent des gaz présents dans notre atmosphère en ce sens qu'il manque d'oxygène. Plutôt, le gaz volcanique est enrichi en hydrogène, méthane et monoxyde de carbone, alors que l'eau qu'il infiltre est très oxydée, ou riche en oxygène. Le mélange de ces différents types de fluides améliore probablement les conditions qui peuvent soutenir la vie microbienne, conduisant à une plus grande diversité et offrant de nouvelles opportunités pour profiter de leur environnement « gazeux ».

Comparer SJ3 à un buffet, Colman a dit, "Tout comme une plus grande variété d'aliments attire des types de personnes plus nombreux et différents, il en va de même d'une source chaude qui offre une variété de conditions chimiques."

Alors pourquoi les chercheurs de MSU se sont-ils concentrés sur cette source chaude particulière alors que Yellowstone en a 14, 000 sources chaudes qu'ils auraient pu enquêter ?

Longtemps intéressé par le rôle de l'hydrogène dans le soutien des microbes qui tirent leur énergie de produits chimiques au lieu de la lumière, Boyd a déclaré que les sources chaudes de Smoke Jumper et les autres sources chaudes du parc ont été étudiées dans les années 1920 et au début des années 1930 par des scientifiques du Carnegie Institute de Washington. Ils ont publié leurs conclusions en 1935, et des travaux ultérieurs du U.S. Geological Survey ont mis en évidence des volumes particulièrement élevés de gaz volcanique dans le Smoke Jumper Geyser Basin. Sachant cela, Boyd et quatre autres personnes ont passé une journée à Yellowstone en juillet 2014, la collecte d'échantillons de SJ3 et de trois sources chaudes à proximité.

"Le simple fait de regarder une source chaude ne vous dit pas nécessairement à quel point elle est riche en biodiversité, " dit Boyd. " Mais dès que nous avons mesuré le pH de la source et fait d'autres mesures, nous savions que nous goûtions à une source unique."

Colman a déclaré qu'il a fallu environ trois ans supplémentaires pour effectuer les tests de séquençage génétique et analyser les résultats qui ont révélé la diversité de la communauté microbienne. La plupart des sources chaudes contiennent plusieurs types d'organismes microbiens. Celui-ci contenait des représentants de près de la moitié de tous les groupes connus de micro-organismes vivant sur Terre, y compris des dizaines et des dizaines de lignées archéennes et bactériennes non cultivées.

"De plus, bon nombre des lignées que nous avons détectées dans SJ3 ont récemment attiré une attention considérable en raison de leur potentiel à informer sur l'évolution de la méthanogenèse (la création biologique de méthane), en plus des types de méthanogènes jusque-là inconnus, et des lignées microbiennes à ramification profonde associées à des environnements souterrains et à de nombreuses autres lignées énigmatiques, " a déclaré Colman. " Il est probable que des études supplémentaires de ces systèmes et des organismes intrigants qu'ils contiennent donneront des informations supplémentaires importantes sur l'écologie microbienne et apporteront un nouvel éclairage sur leur rôle dans l'évolution des processus biogéochimiques. "