Sous la surface verdoyante et le sol riche en matière organique, la vie s'étend sur des kilomètres dans la croûte rocheuse profonde de la Terre. La sous-surface continentale profonde est probablement l'un des plus grands réservoirs de bactéries et d'archées sur Terre, beaucoup formant des biofilms, comme un revêtement microbien de la surface de la roche. Cette population microbienne survit sans lumière ni oxygène et avec un minimum de sources de carbone organique, et peut obtenir de l'énergie en mangeant ou en respirant des minéraux. Répartis dans tout le sous-sol profond, ces biofilms pourraient représenter 20 à 80 % de la biomasse bactérienne et archéenne totale du sous-sol continental selon l'estimation la plus récente. Mais ces populations microbiennes sont-elles réparties uniformément sur les surfaces rocheuses, ou préfèrent-ils coloniser des minéraux spécifiques dans les roches ?

Pour répondre à cette question, chercheurs de la Northwestern University à Evanston, Illinois, a mené une étude pour analyser la croissance et la distribution des communautés microbiennes dans les milieux continentaux profonds de la subsurface. Ce travail montre que la composition minérale de la roche hôte détermine la distribution du biofilm, produisant des « points chauds » de la vie microbienne. L'étude a été publiée dans Frontières en microbiologie.

Points chauds de la vie microbienne

Pour réaliser cette étude, les chercheurs sont allés à 1,5 kilomètre sous la surface dans le Deep Mine Microbial Observatory (DeMMO), logé dans une ancienne mine d'or maintenant connue sous le nom de Sanford Underground Research Facility (SURF), situé à Plomb, Dakota du Sud. Là, en sous-sol, les chercheurs ont cultivé des biofilms sur des roches indigènes riches en fer et en minéraux soufrés. Au bout de six mois, les chercheurs ont analysé la composition microbienne et les caractéristiques physiques des biofilms nouvellement cultivés, ainsi que ses distributions par microscopie, approches de spectroscopie et de modélisation spatiale.

Les analyses spatiales menées par les chercheurs ont révélé des points chauds où le biofilm était plus dense. Ces points chauds sont en corrélation avec des grains minéraux riches en fer dans les roches, mettant en évidence certaines préférences minérales pour la colonisation des biofilms. "Nos résultats démontrent la forte dépendance spatiale de la colonisation des biofilms vis-à-vis des minéraux à la surface des roches. Nous pensons que cette dépendance spatiale est due au fait que les microbes tirent leur énergie des minéraux qu'ils colonisent." explique Caitlin Casar, premier auteur de l'étude.

La recherche future

Tout à fait, ces résultats démontrent que la minéralogie de la roche hôte est un facteur clé de la distribution du biofilm, ce qui pourrait aider à améliorer les estimations de la distribution microbienne de la sous-surface continentale profonde de la Terre. Mais mener des études intraterrestres pourrait également éclairer d'autres sujets. "Nos résultats pourraient éclairer la contribution des biofilms aux cycles mondiaux des nutriments, et ont également des implications astrobiologiques, car ces découvertes donnent un aperçu des distributions de la biomasse dans un système analogique de Mars », explique Caitlin Casar.

En effet, la vie extraterrestre pourrait exister dans des environnements souterrains similaires où les micro-organismes sont protégés à la fois des radiations et des températures extrêmes. Mars, par exemple, a une composition riche en fer et en soufre similaire aux formations rocheuses de DeMMO, dont nous savons maintenant qu'ils sont capables de conduire à la formation de points chauds microbiens souterrains.