Les hydrocarbures jouent un rôle clé dans l'atmosphère et la biogéochimie, l'économie de l'énergie, et le changement climatique. La plupart des hydrocarbures se forment dans des environnements anaérobies par décomposition microbienne à haute température de la matière organique. Les micro-organismes peuvent également « manger » des hydrocarbures sous terre, les empêchant d'atteindre l'atmosphère. Grâce à une nouvelle technique développée à l'Earth-Life Science Institute (ELSI), une équipe internationale dirigée par les professeurs du Tokyo Institute of Technology Alexis Gilbert, Naohiro Yoshida et Yuichiro Ueno montrent que la dégradation biologique des hydrocarbures donne une signature biologique unique. Ces découvertes pourraient aider à détecter la biologie du sous-sol et à comprendre le cycle du carbone et son impact sur le climat.

L'humanité exploite les vastes réservoirs d'hydrocarbures de la Terre comme l'une de ses principales sources d'énergie. Les modes de fixation et de traitement du carbone lors de la formation de ces réservoirs ont des conséquences importantes pour l'exploration des ressources. En outre, la libération d'hydrocarbures des réservoirs souterrains de la Terre peut avoir des implications importantes sur le climat de la Terre, puisque les hydrocarbures légers comme le méthane sont de puissants gaz à effet de serre. Les scientifiques aimeraient comprendre le rôle potentiellement important que l'énorme biosphère souterraine de la Terre pourrait jouer dans le comportement des réservoirs d'hydrocarbures en profondeur. À ce jour, il a été difficile d'estimer la quantité d'hydrocarbures affectée par les micro-organismes du sous-sol.

Gilbert et ses collègues ont surmonté cette difficulté en utilisant une nouvelle méthode développée à l'ELSI qui permet la mesure des rapports d'isotopes de carbone stables spécifiques à la position. Les hydrocarbures sont pour la plupart de longues chaînes d'atomes de carbone attachés à des atomes d'hydrogène, mais le carbone a deux isotopes naturellement abondants (types d'atomes de carbone avec différents nombres de neutrons, et donc des masses différentes, qui peut être mesuré), carbone-12 ( ¹² C) et carbone-13 ( ¹³ C). En raison de la façon dont les organismes forment les molécules qui deviennent finalement des hydrocarbures environnementaux, Le rapport de ¹² C/ ¹³ C pour chaque position d'atome de carbone spécifique dans un hydrocarbure peut être unique. La recherche ici s'est concentrée sur le propane, une molécule d'hydrocarbure de gaz naturel contenant trois atomes de carbone.

Les chercheurs ont donné du propane à des micro-organismes en laboratoire pour mesurer ¹² C/ ¹³ La signature C a produit ces organismes, et mesuré les changements non biologiques qui se sont produits lorsque le propane est décomposé à des températures élevées, un processus connu sous le nom de "craquage". Ils ont ensuite utilisé ces mesures de base pour interpréter des échantillons de gaz naturel provenant des États-Unis, Canada et Australie, leur permettant de détecter la présence de micro-organismes en utilisant le propane comme "nourriture" dans les réservoirs de gaz naturel, et quantifier la quantité d'hydrocarbures ingérée par les micro-organismes. « Quand j'ai commencé à analyser des échantillons des expériences de simulation bactérienne, ils correspondent parfaitement à ce que nous avons observé sur le terrain, suggérant la présence de bactéries dégradant le propane dans les réservoirs de gaz naturel, " a noté Gilbert. Ainsi, cette étude a révélé la présence de micro-organismes qui auraient été difficiles à détecter par les méthodes conventionnelles, et ouvre une nouvelle fenêtre pour comprendre le cycle global des hydrocarbures.

"J'étais particulièrement intéressé par le décryptage des processus biologiques et non biologiques liés aux molécules organiques. Cette question a des implications pour l'origine de la vie, pour la détection de la vie dans l'Univers, mais aussi pour notre compréhension de la biosphère et de son évolution sur Terre, " dit Gilbert. Cette étude a également des implications importantes avec le changement climatique mondial, car le propane et les autres hydrocarbures sont des gaz à effet de serre et des polluants. Bien que l'équipe n'ait pas tenté de quantifier la quantité d'hydrocarbures « consommée » par les micro-organismes à l'échelle mondiale, ils pensent que leur approche permettra une telle quantification dans un avenir proche, et suggèrent que cela profitera aux modèles visant à quantifier le cycle mondial des hydrocarbures.

Finalement, Gilbert ajoute, à l'avenir, ce type d'approche pourrait être utile pour la détection de la vie sur des corps extraterrestres tels que d'autres planètes ou lunes de notre système solaire. Bien que leur machine actuelle soit trop grande pour être envoyée dans l'espace, leurs techniques pourraient être appliquées à des échantillons ramenés sur Terre, ou leur instrument pourrait être miniaturisé.