Le chercheur Jim Elser et la technicienne de recherche Laura Steger prélèvent des échantillons d'eau pour analyse chimique. Crédit :Elser Lab/ASU
Le bassin de Cuatro Cienegas, situé dans le désert de Chihuahuan au Mexique, était autrefois une mer peu profonde qui s'est isolée du golfe du Mexique il y a environ 43 millions d'années.
Ce bassin a la caractéristique inhabituelle d'être particulièrement pauvre en nutriments et d'abriter un «monde perdu» de nombreux microbes aquatiques souterrains et aériens d'origine marine ancienne.
En raison de ces caractéristiques, c'est un endroit inestimable pour les chercheurs pour étudier et comprendre comment la vie a pu exister sur d'autres planètes de notre système solaire.
Dans une étude récente publiée dans la revue eLife une équipe de chercheurs, dont l'auteur principal Jordan Okie de la School of Earth and Space Exploration de l'Arizona State University et l'auteur principal Jim Elser de la School of Life Sciences, mené des expériences dans le bassin de Cuatro Cienegas.
Leur objectif était de faire la lumière sur la façon dont les caractéristiques fondamentales du génome d'un organisme - sa taille, la façon dont il encode les informations, et la densité de l'information—affectent sa capacité à prospérer dans un environnement extrême.
"Cette zone est si pauvre en nutriments que bon nombre de ses écosystèmes sont dominés par des microbes et peuvent avoir des similitudes avec les écosystèmes de la Terre primitive, ainsi qu'aux anciens environnements plus humides sur Mars qui ont pu soutenir la vie, ", explique l'auteur principal Okie.
L'étang de Lagunitas dans le bassin de Cuatro Ciénegas au Mexique Crédit :Elser Lab/ASU
Pour leur expérience, les chercheurs ont effectué un suivi sur le terrain, échantillonnage, et la chimie de l'eau de routine pendant 32 jours dans une zone peu profonde, étang pauvre en nutriments appelé Lagunita dans le bassin de Cuatro Cienegas.
D'abord, ils ont installé des mescocosmes (écosystèmes miniatures) qui ont servi de groupe témoin et sont restés séparés du reste de l'étang. Ils ont ensuite ajouté une solution d'engrais riche en azote et en phosphore pour augmenter la croissance microbienne dans l'étang.
A la fin de l'expérience, ils ont examiné comment la communauté dans l'étang a changé en réponse aux nutriments supplémentaires, en se concentrant sur leur capacité à traiter les informations biochimiques au sein de leurs cellules.
Christopher Dupont, professeur agrégé de l'Institut J. Craig Venter, qui est un auteur principal de l'étude, déclaré, "Nous avons émis l'hypothèse que les micro-organismes trouvés dans les environnements oligotrophes (à faible teneur en éléments nutritifs), par nécessité, s'appuyer sur des stratégies à faibles ressources pour la réplication de l'ADN, transcription d'ARN, et la traduction de la protéine. Inversement, un environnement copiotrophe (riche en nutriments) favorise les stratégies gourmandes en ressources."
Finalement, ils ont découvert qu'en effet, une communauté enrichie en nutriments était dominée par des espèces capables de traiter les informations biochimiques à un rythme plus rapide, tandis que la communauté d'origine à faible teneur en nutriments abritait des espèces avec des coûts réduits de traitement des informations biochimiques.
Des enceintes cylindriques transparentes et une grille métallique pour soutenir une passerelle ont été temporairement installées dans l'étang pour la durée de l'expérience. Ces mésocosmes abritaient la communauté d'origine des étangs pauvres en éléments nutritifs tandis que le reste de l'étang était enrichi en éléments nutritifs. Crédit :Elser Lab/ASU
"Cette étude est unique et puissante car elle prend des idées de l'étude écologique des grands organismes et les applique aux communautés microbiennes dans une expérience de l'ensemble de l'écosystème, " dit Elser. " Ce faisant, nous étions capable de, peut-être pour la première fois, identifier et confirmer qu'il existe des traits fondamentaux à l'échelle du génome associés à des réponses microbiennes systématiques à l'état des nutriments de l'écosystème, sans tenir compte de l'identité d'espèce de ces microbes.
Ce que cela peut suggérer pour la vie sur d'autres planètes, c'est que les organismes, peu importe où ils sont, doivent disposer de machines de traitement de l'information adaptées aux ressources clés qui les entourent. À son tour, l'approvisionnement de ces ressources dépendra de l'environnement planétaire.
"C'est très excitant, comme cela suggère qu'il existe des règles de vie qui devraient être généralement applicables à la vie sur Terre et au-delà, " dit Okie.
