Kötlujökull, le quatrième plus grand glacier d'Islande, héberge d'abondants micro-organismes soutenus par l'hydrogène produit par l'altération du substrat rocheux basaltique. Crédit :Eric S. Boyd.
En utilisant des années de données collectées dans des habitats couverts de glace partout dans le monde, une équipe de la Montana State University a découvert de nouvelles informations sur les processus qui soutiennent la vie microbienne sous les calottes glaciaires et les glaciers, et le rôle que ces organismes jouent dans la perpétuation de la vie à travers les périodes glaciaires et, peut-être, dans des environnements apparemment inhospitaliers sur d'autres planètes.
Candidat au doctorat Eric Dunham du département de microbiologie et d'immunologie de la MSU au Collège d'agriculture, avec le mentor Eric Boyd, ont publié leurs découvertes dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences cette semaine. Le travail examine les façons dont l'eau et les microbes interagissent avec le substrat rocheux sous les glaciers, à l'aide d'échantillons de sédiments prélevés sur des sites glaciaires au Canada et en Islande.
"Nous avons continué à trouver des organismes dans ces systèmes qui étaient soutenus par de l'hydrogène gazeux, " a déclaré Boyd à propos de l'inspiration du projet. " Au départ, cela n'avait pas de sens, parce que nous ne pouvions pas comprendre d'où venait cet hydrogène gazeux sous ces glaciers. »
Une équipe de chercheurs, dont Boyd, découvert plus tard que grâce à une série de processus physiques et chimiques, L'hydrogène gazeux est produit lorsque le substrat rocheux riche en silice sous les glaciers est broyé en minuscules particules minérales par le poids de la glace qui se trouve dessus. Lorsque ces particules minérales se combinent avec l'eau de fonte glaciaire, ils libèrent de l'hydrogène.
Ce qui est devenu encore plus fascinant pour Boyd et Dunham, c'est que les communautés microbiennes sous les glaciers pouvaient combiner cet hydrogène gazeux avec du dioxyde de carbone pour générer plus de matière organique, appelée biomasse, par un processus appelé chimiosynthèse. La chimiosynthèse est similaire à la façon dont les plantes génèrent de la biomasse à partir de dioxyde de carbone par photosynthèse, bien que la chimiosynthèse ne nécessite pas la lumière du soleil.
Eric Dunham, étudiant diplômé de l'Université d'État du Montana. Crédit :Université d'État du Montana
Un cours d'eau de fonte primaire émanant du glacier Kötlujökull, Islande. Crédit :Eric S. Boyd.
Pour en savoir plus sur ce que faisaient ces microbes chimiosynthétiques, Dunham a utilisé des échantillons de sédiments des glaciers du Canada et d'Islande. Il a cultivé des échantillons d'organismes vivants trouvés dans les sédiments dans un laboratoire, les observer pendant plusieurs mois pour voir s'ils continueraient à se développer dans l'environnement simulé.
"Les organismes qui nous intéressaient dépendent de l'hydrogène gazeux pour se nourrir, et la plupart sont aussi des anaérobies, ce qui signifie que l'oxygène va les tuer, " dit Dunham, qui est originaire de Billings et entame le dernier semestre de ses études doctorales. "L'une des étapes les plus critiques dans la préparation de ces expériences, et facilement l'élément le plus stressant, mettait ces échantillons dans des bouteilles et vidait tout l'oxygène le plus rapidement possible, donc je n'ai pas tué les organismes que j'essayais d'étudier."
Au fil des mois de préparation et d'observation des cultures microbiennes, Dunham a découvert qu'il était non seulement possible de suivre la croissance des communautés dans l'environnement du laboratoire, mais aussi que le type de substrat rocheux sous-jacent à un glacier influençait la quantité d'hydrogène gazeux produite, ce qui à son tour a conduit à la présence de communautés microbiennes mieux adaptées à la métabolisation de l'hydrogène. Des échantillons prélevés sur le glacier Kötlujökull en Islande, qui se trouve au sommet de la roche basaltique, produit beaucoup plus d'hydrogène gazeux que les échantillons du glacier Robertson en Alberta, Canada, qui a un substratum carbonaté en dessous.
Comme ils utilisent cet hydrogène gazeux pour produire de l'énergie, dit Boyd, les microbes extraient également le dioxyde de carbone de l'air pour créer de la biomasse, reproduire et grandir. Cette capacité à "fixer" le carbone est un processus critique de régulation du climat, une autre similitude avec la photosynthèse chez les plantes.
« Considérant que les glaciers et les calottes glaciaires couvrent aujourd'hui environ 10 % de la masse continentale de la Terre, et une fraction beaucoup plus importante parfois dans le passé de la planète, les activités microbiennes telles que celles mesurées par Eric sont susceptibles d'avoir eu un impact majeur sur le climat de la Terre, aujourd'hui et dans le passé, " a déclaré Boyd. "Nous savons depuis un certain temps que les micro-organismes vivant sous les calottes glaciaires ou les glaciers peuvent fixer le carbone, mais nous n'avons jamais vraiment compris comment. Ce que montre le travail de pionnier d'Eric, c'est que non seulement ces organismes sont complètement autosuffisants dans le sens où ils peuvent générer leur propre carbone fixe, ils n'ont pas non plus besoin de la lumière du soleil pour le faire comme le reste de la biosphère avec laquelle nous sommes familiers."
En regardant plus loin les autres planètes de notre système solaire, Boyd note que deux des éléments critiques que les scientifiques recherchent lors de l'évaluation de l'habitabilité sont l'eau et une source d'énergie. La nouvelle connaissance que les communautés microbiennes autonomes peuvent prospérer dans des environnements glacés grâce à la génération d'hydrogène gazeux est une étape critique vers l'identification d'environnements potentiellement habitables sur d'autres planètes.
"Il existe de nombreuses preuves de la présence de glace et de glaciers sur d'autres planètes, " dit-il. " Sont-ils habitables ? Nous ne savons pas. Pourrait-il y avoir des microbes vivant sous les calottes glaciaires sur des planètes avec un substrat rocheux similaire à ceux qu'Eric a étudiés ? Absolument. Il n'y a aucune raison de penser le contraire."
Pour Dunham, dont les recherches de premier cycle et post-bac ont porté sur les sciences de la santé et la virologie avant de se tourner vers la biogéochimie, la partie la plus gratifiante de la nouvelle découverte est d'explorer comment divers processus terrestres s'imbriquent et s'influencent les uns les autres d'une manière que la communauté scientifique commence seulement à découvrir.
