Les scientifiques de terrain travaillant sur le projet Vanishing Glaciers n'ont pas le vertige. Ils grimpent aux sommets glacés des chaînes de montagnes de l'Himalaya aux Alpes, équipé de flacons, pipettes, thermomètres et cylindres d'azote liquide (qu'ils ont surnommés Dido et Fido). Leur objectif est de collecter des échantillons des micro-organismes vivant dans les ruisseaux alimentés par les glaciers et de les rapporter à l'EPFL pour analyse par leurs collègues.

Alors que les glaciers du monde disparaissent, ils emportent avec eux des secrets bien gardés. La fonte des glaciers est l'un des signes les plus visibles du changement climatique et finira par assécher les cours d'eau alimentés par les glaciers, détruisant ainsi un écosystème unique.

Les scientifiques du Stream Biofilm and Ecosystem Research Laboratory (SBER) de l'EPFL travaillent dur pour découvrir ces secrets avant qu'il ne soit trop tard. "Ces ruisseaux drainent le toit de notre planète, " dit Tom Battin, chef du SBER et scientifique principal du projet. « Alors que l'on sait que les cycles biogéochimiques de la planète sont généralement orchestrés par des micro-organismes, nous ne comprenons pas encore le rôle exact des micro-organismes vivant en haute altitude. Il est donc essentiel d'étudier leurs écosystèmes et de déterminer quelles seraient les conséquences s'ils disparaissaient."

Échantillonner l'invisible

Sur le terrain, les biofilms sont la seule preuve visible des micro-organismes qui peuplent les ruisseaux alimentés par les glaciers, même s'ils sont là par milliards. Les biofilms sont minces, aspect verdâtre, couches visqueuses qui recouvrent les roches des ruisseaux. A Arolla, dans le canton du Valais, Martina Schön, un technicien de terrain travaillant sur le projet, gratte des échantillons de biofilm d'une roche qu'elle a repérée et les place soigneusement dans son sac à dos pour une analyse ultérieure.

Pendant ce temps, son collègue technicien de terrain Matteo Tolosano prélève des échantillons de sédiments. "Nous avons divisé le travail d'échantillonnage pour pouvoir progresser plus rapidement. Mais c'est une tâche étrange parce que nous échantillonnons quelque chose qui est fondamentalement invisible, " dit-il. A proximité, Vincent De Staercke se tient au milieu d'un ruisseau pour effectuer un autre type de travail sur le terrain :mesurer la concentration en oxygène de l'eau où les échantillons ont été prélevés, à l'aide de capteurs et de câbles à fibres optiques connectés à un ordinateur. "Ce sont les seules données en direct que nous ayons sur les micro-organismes, " dit De Staercke. " Si la concentration en oxygène baisse, cela signifie que les bactéries sont présentes parce qu'elles les respirent."

D'autres membres de l'équipe du projet sont chargés de collecter des échantillons d'eaux de ruissellement des glaciers et d'analyser leurs nutriments et leurs concentrations en ions. Cela donnera une indication des conditions nécessaires pour que les populations de bactéries vivent et se développent. Mike Styllas, un chef d'expédition, explique :« Les bactéries sont comme nous, elles veulent manger ! Mais dans ces eaux, il n'y a pas beaucoup de choix au menu.

En plus d'étudier la vie microbienne, l'équipe de recherche s'intéresse également de près au milieu environnant. "Nous essayons d'obtenir un instantané détaillé des conditions ambiantes, " dit Schön. " Une façon de le faire est de prendre des mesures de variables comme la température de l'eau, concentration en oxygène, niveau de dioxyde de carbone et pH."

Des sommets des montagnes au laboratoire de recherche

Jusque là, l'équipe a collecté des échantillons d'eau et de sédiments de plus de 100 ruisseaux alimentés par des glaciers en Nouvelle-Zélande, Russie, Groenland, Equateur, Scandinavie et Alpes. Ces échantillons sont en cours d'analyse au SBER. Hannes Pierre, un scientifique au SBER, explique :« Ces échantillons sont exceptionnels en raison des conditions extrêmes dont ils sont issus. L'une des premières étapes que nous avons dû franchir dans ce projet, et l'un des plus importants, était de concevoir nos protocoles de test pour une efficacité optimale afin que nous puissions effectuer toutes les analyses que nous voulons. »

Les scientifiques du SBER ont également réparti leur travail pour une efficacité maximale. Un groupe étudie l'écologie microbienne, C'est, le rôle des micro-organismes dans leur habitat et leur communauté et leur comportement. « On regarde les facteurs liés à la biomasse, qui est la quantité d'organismes vivants dans nos échantillons, " dit Peter. " Par exemple, nous mesurons les concentrations de chlorophylle a - un indicateur d'algues - comptons le nombre de cellules bactériennes, et mener des expériences sur la production de bactéries."

Tyler Kohler, un post-doctorant au SBER, est en charge de la mesure des enzymes extracellulaires, lequel, il dit, "sont super parce qu'ils nous permettent de lire dans les pensées des bactéries." Ces enzymes, aussi appelées exoenzymes, sont produites par les bactéries lorsqu'un composé dont elles ont besoin, comme le carbone ou l'azote, se trouve dans leur environnement. "L'étude des exoenzymes nous donne une idée de ce qui aide les bactéries à se développer et à se reproduire, " dit Kohler.

À la fois, d'autres scientifiques du SBER séquencent et analysent l'ADN trouvé dans les échantillons. Ils utilisent la métagénomique pour séquencer les génomes de plusieurs espèces différentes vivant dans le même environnement, et pour répondre à des questions cruciales telles que :Qu'y a-t-il ? Pourquoi? Comment? "Nos analyses nous diront exactement à quel point la communauté microbienne est diversifiée dans nos échantillons et nous permettront d'identifier les génomes de certains de ces micro-organismes, quelle que soit la communauté dans laquelle ils se trouvent, " dit Paraskevi Pramateftaki, un expert technique.

Échantillons, dis nous tout

La richesse des données générées dans ce projet fournira des informations importantes sur les stratégies que les microbes ont adoptées pour survivre dans des conditions aussi extrêmes. Cette étude marque la première fois que des informations biogéochimiques sur les cours d'eau alimentés par les glaciers sont combinées avec des données sur la structure et la fonction des micro-organismes vivant dans ces cours d'eau.

Qu'ont découvert les scientifiques jusqu'à présent ? D'abord, qu'il y a une quantité vaste et variée de vie microbienne dans les cours d'eau. "Une seule cuillère à café de sédiments peut contenir jusqu'à un million de cellules bactériennes et des centaines d'espèces microbiennes, " dit Battin.

Seconde, qu'à peu près les mêmes groupes et espèces de micro-organismes peuvent être trouvés quel que soit l'endroit où les échantillons sont prélevés. Cela indique que les micro-organismes se sont parfaitement adaptés à leur environnement.

Et pour couronner le tout, que parce que les micro-organismes ont très peu de capacité à évoluer dans des conditions aussi extrêmes, ils ont subi une microévolution. Battin explique :« La microévolution a créé un type de microdiversité très spécifique que l'on ne trouve que dans ces populations de bactéries. Et puisque l'environnement des glaciers change, le risque est que le processus de microévolution - et la microdiversité - disparaissent, emportant avec elle une partie de la biodiversité de la planète à plus grande échelle. »

Comprendre l'invisible

Le projet Vanishing Glaciers a, comme le reste de la planète, touché par la pandémie, mais les scientifiques espèrent toujours mener à bien leurs expéditions prévues au Népal, Asie centrale, les Andes et l'Alaska. En attendant, ils analysent encore les données des échantillons déjà collectés. "Notre objectif est de pouvoir percer les secrets de la vie microbienne dans les ruisseaux alimentés par les glaciers au cours des prochaines années, et de prédire comment les cours d'eau et leurs microbiomes changeront à mesure que les glaciers du monde disparaîtront, " dit Battin. " En d'autres termes, nous voulons mieux comprendre l'invisible."