Jaclyn Saunders (à l'extrême droite) fixe la ligne sur un instrument McLane qui pompe de grands volumes d'eau de mer afin d'extraire l'ADN. L'instrument sur la gauche mesure des propriétés telles que la température, la salinité et la profondeur et recueille de plus petits échantillons d'eau de mer. Crédit :Noelle Held/Institut océanographique de Woods Hole
L'arsenic est un poison mortel pour la plupart des êtres vivants, mais de nouvelles recherches montrent que des micro-organismes respirent de l'arsenic dans une grande partie de l'océan Pacifique. Une équipe de l'Université de Washington a découvert qu'une ancienne stratégie de survie est toujours utilisée dans les parties à faible teneur en oxygène de l'environnement marin.
"Penser à l'arsenic comme n'étant pas seulement un méchant, mais aussi comme bénéfique, a remodelé la façon dont je vois l'élément, " a déclaré le premier auteur Jaclyn Saunders, qui a fait la recherche pour sa thèse de doctorat à l'UW et est maintenant chercheur postdoctoral à la Woods Hole Oceanographic Institution et au Massachusetts Institute of Technology.
L'étude a été publiée cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
"Nous savons depuis longtemps qu'il y a de très faibles niveaux d'arsenic dans l'océan, " a déclaré la co-auteur Gabrielle Rocap, professeur d'océanographie à l'UW. "Mais l'idée que les organismes pourraient utiliser l'arsenic pour gagner leur vie, c'est un tout nouveau métabolisme pour l'océan ouvert."
Les chercheurs ont analysé des échantillons d'eau de mer d'une région sous la surface où l'oxygène est presque absent, forcer la vie à chercher d'autres stratégies. Ces régions peuvent s'étendre sous l'effet du changement climatique.
"Dans certaines parties de l'océan, il y a un sandwich d'eau où il n'y a pas d'oxygène mesurable, " a déclaré Rocap. "Les microbes de ces régions doivent utiliser d'autres éléments qui agissent comme un accepteur d'électrons pour extraire l'énergie de la nourriture."
Un atome d'arsenic violet entouré de quatre atomes d'oxygène est l'arséniate (à gauche). Un atome d'arsenic entouré de trois atomes d'oxygène est l'arsénite (à droite). L'étude a trouvé des preuves d'organismes marins qui peuvent se convertir les uns aux autres pour obtenir de l'énergie dans des environnements pauvres en oxygène. Crédit :Wikimédia
Les alternatives les plus courantes à l'oxygène sont l'azote ou le soufre. Mais les premières enquêtes de Saunders ont suggéré que l'arsenic pourrait également fonctionner, l'incitant à chercher des preuves.
L'équipe a analysé des échantillons collectés lors d'une croisière de recherche en 2012 dans le Pacifique tropical, au large des côtes du Mexique. Des analyses génétiques sur l'ADN extrait de l'eau de mer ont trouvé deux voies génétiques connues pour convertir les molécules à base d'arsenic afin de gagner de l'énergie. Le matériel génétique ciblait deux formes différentes d'arsenic, et les auteurs pensent que les voies se produisent dans deux organismes qui font circuler l'arsenic entre différentes formes.
Les résultats suggèrent que les microbes respirant l'arsenic représentent moins de 1 % de la population microbienne dans ces eaux. Les microbes découverts dans l'eau sont probablement liés de loin aux microbes respirant l'arsenic trouvés dans les sources chaudes ou les sites contaminés sur terre.
"Ce que je pense est la chose la plus cool à propos de ces microbes respirateurs d'arsenic qui existent aujourd'hui dans l'océan, c'est qu'ils expriment les gènes pour cela dans un environnement qui est assez pauvre en arsenic, ", a déclaré Saunders. "Cela ouvre les limites de l'endroit où nous pourrions rechercher des organismes qui respirent de l'arsenic, dans d'autres environnements pauvres en arsenic."
Les biologistes pensent que la stratégie est un vestige des débuts de l'histoire de la Terre. Pendant la période où la vie est apparue sur Terre, l'oxygène était rare dans l'air et dans l'océan. L'oxygène n'est devenu abondant dans l'atmosphère terrestre qu'après que la photosynthèse se soit généralisée et ait converti le dioxyde de carbone gazeux en oxygène.
Les premières formes de vie devaient gagner de l'énergie en utilisant d'autres éléments, comme l'arsenic, ce qui était probablement plus courant dans les océans à cette époque.
Le lac Mono en Californie est naturellement riche en arsenic et est connu pour abriter des microbes qui survivent en respirant de l'arsenic. Les organismes qui vivent dans le milieu marin sont probablement apparentés à ceux qui vivent sur terre. Crédits :Pixabay
"Nous avons trouvé les signatures génétiques des voies qui sont toujours là, vestiges de l'océan passé qui ont été conservés jusqu'à aujourd'hui, " a déclaré Saunders.
Les populations respirant l'arsenic pourraient à nouveau croître sous l'effet du changement climatique. Les régions pauvres en oxygène devraient s'étendre, et l'oxygène dissous devrait baisser dans tout l'environnement marin.
"Pour moi, ça montre juste combien il y a encore là-bas dans l'océan que nous ne savons pas, " dit Rocap.
Saunders a récemment collecté plus d'échantillons d'eau dans la même région et essaie maintenant de cultiver les microbes marins respirant l'arsenic dans un laboratoire afin de les étudier de plus près.
"En ce moment, nous avons des morceaux de leurs génomes, juste assez pour dire que oui, ils font cette transformation de l'arsenic, " a déclaré Rocap. " La prochaine étape serait de mettre en place un génome entier et de découvrir ce qu'ils peuvent faire d'autre, et comment cet organisme s'intègre dans l'environnement.
