En fournissant la première estimation de la quantité d'hydrogène disponible pour alimenter la vie microbienne dans la croûte sous-marine sans soleil sous la dorsale médio-océanique (MOR), une nouvelle étude dirigée par l'Université Duke met en lumière l'une des biosphères les moins comprises de la Terre.

Cela peut également aider à comprendre comment des conditions similaires pourraient soutenir la vie dans d'autres environnements extrêmes, des planètes lointaines à la Terre primitive elle-même.

La plupart des microbes utilisent la photosynthèse alimentée par la lumière du soleil pour créer de la matière organique. Mais les communautés microbiennes chimiosynthétiques vivant au plus profond de la roche volcanique de la croûte océanique de la Terre manquent de cette source d'énergie et utilisent de l'hydrogène, libéré sous forme de gaz libre lorsque l'eau s'écoule à travers la roche riche en fer, comme carburant pour convertir le dioxyde de carbone en nourriture.

Les scientifiques savent que la vie peut prospérer dans les abysses depuis peu de temps après la découverte des premiers évents hydrothermaux en eau profonde en 1977. Mais ce n'est qu'en 2013 que les microbiologistes ont découvert des communautés microbiennes vivant dans les roches volcaniques sous le fond marin. Cette découverte a suscité une curiosité scientifique généralisée, non seulement en raison de la taille potentielle de la nouvelle biosphère - la croûte océanique a une épaisseur de plusieurs kilomètres et couvre 60 % de la surface de la Terre - mais aussi parce que l'extrême, les conditions pauvres en oxygène qu'on y trouve sont similaires à celles du début de la vie sur Terre, une époque où l'énergie chimique était peut-être la seule source d'énergie disponible pour alimenter le métabolisme des microbes.

"Jusqu'à maintenant, cependant, nous n'avions pas de bonnes contraintes sur la taille globale de ces communautés microbiennes ou la quantité d'hydrogène qu'elles consomment. Cette nouvelle étude fournit une première estimation et nous donne de nouveaux éclairages sur l'ampleur de l'impact de ces microbes sur le climat et le paléoclimat de la Terre, " dit Lincoln Pratson, Professeur d'énergie et d'environnement de la famille Gendell à la Duke's Nicholas School of the Environment.

"Cela nous donne également des conditions limites pour ce à quoi certaines des premières formes de vie sur Terre ont dû faire face, et où vous pourriez chercher la vie sur d'autres planètes, " il a dit.

Les scientifiques ont publié leur article évalué par des pairs la semaine du 11 mai dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Pour mener leur étude, ils ont construit un modèle en boîte qui a évalué la production totale d'hydrogène gazeux (H2) à partir de neuf sources géologiques différentes dans un couloir de près de 30 millions de kilomètres carrés de croûte océanique centré sur la dorsale médio-océanique. Le corridor serpente le long de la dorsale à travers tous les océans du monde et couvre environ 10 % de l'ensemble de la croûte océanique.

L'équipe a également estimé la quantité de cet hydrogène gazeux probablement rejetée dans l'océan par les bouches hydrothermales du fond marin, basé sur plus de 500 mesures d'échantillons d'eau collectés par d'autres chercheurs lors d'expéditions précédentes le long de la dorsale médio-océanique.

"En soustrayant la quantité de gaz évacué, soit environ 20 millions de tonnes métriques par an, de la quantité produite, soit environ 30 millions de tonnes métriques par an, nous nous sommes retrouvés avec environ 10 millions de tonnes métriques par an qui sont, probablement, être consommé par les microbes au sein de cette bande de croûte, " a déclaré l'auteur principal Stacey L. Worman, un ancien étudiant de Pratson dont la thèse de doctorat de 2015 sur les réserves d'hydrogène gazeux sous la dorsale médio-océanique a donné l'impulsion à la nouvelle étude.

Ces chiffres suggèrent que les communautés microbiennes jouent un rôle important dans la régulation de la biogéochimie mondiale de la Terre, dit Worm, qui travaille maintenant comme analyste de recherche chez Chevy Chase Trust à Bethesda, Maryland

"Les microbes sous le fond marin et dans l'océan sombre consomment des quantités importantes de ce gaz réduit. Sans ces microbes consommant ce gaz hautement diffusif, ce H2 produit géologiquement pourrait s'échapper dans l'atmosphère, " elle a dit.

Une telle entrée représenterait une bosse considérable - environ 10 % - au bilan actuel de l'hydrogène atmosphérique de la Terre. Étant donné que l'hydrogène gazeux peut accélérer l'accumulation de gaz à effet de serre dans la basse atmosphère, qui pourrait avoir un impact significatif sur le réchauffement climatique.

A l'échelle mondiale, l'impact peut être beaucoup plus important, Pratson a noté, puisque les 90 % restants de la croûte océanique qui n'ont pas été inclus dans cette étude peuvent également avoir une production et une consommation d'hydrogène en cours.

« Alors que notre analyse estime la quantité de H2 qui pourrait être consommée par la biosphère profonde à proximité du MOR, on ne sait pas si la taille de la biosphère profonde est limitée par la disponibilité de H2 ou par d'autres facteurs, comme la température, nutriments, pression, pH ou encore espace, " A déclaré Worman. " La combinaison de cette étude et des travaux futurs sur le budget H2 avec d'autres contraintes clés sur la vie est une voie prometteuse pour faire progresser notre compréhension de son origine et de son évolution ici sur Terre et pour cibler où rechercher la vie ailleurs dans l'univers. "

Worman et Pratson ont mené l'étude avec Jeffrey A. Karson, Jessie Page Heroy Professeur de géologie à l'Université de Syracuse, et William H. Schlesinger, James B. Duke Professeur émérite de biogéochimie, ancien doyen de la Duke's Nicholas School et président émérite du Cary Institute of Ecosystem Studies,