L'abondante diversité biologique et minérale du Rio Grande Rise, un mont sous-marin dans les profondeurs de l'océan Atlantique environ 1, 500 km des côtes du Brésil, est probablement dû, dans une large mesure, à des créatures microscopiques peu connues.

Chercheurs affiliés à l'Institut océanographique de l'Université de São Paulo (IO-USP), collaborer avec des collègues du National Oceanography Center du Royaume-Uni, a étudié les micro-organismes habitant les croûtes de ferromanganèse du mont sous-marin et a conclu que les bactéries et les archées sont probablement responsables du maintien de la vie locale abondante, en plus d'être impliqué dans le processus de biominéralisation qui forme les métaux présents dans les croûtes.

Un article publié dans la revue Écologie microbienne décrit l'étude, qui a été financé par la FAPESP et le Natural Environment Research Council (NERC) du Royaume-Uni.

En 2014, l'Autorité internationale des fonds marins (ISA) a accordé au Brésil une concession de 15 ans de droits d'exploitation minière sur le Rio Grande Rise. Composé de 167 États membres plus l'Union européenne, l'ISA est mandatée en vertu de la Convention des Nations Unies sur le droit de la mer pour organiser, réglementer et contrôler toutes les activités liées aux minéraux dans la zone internationale des fonds marins, ce qui correspond à environ 50 % de la superficie totale des océans du monde.

« On sait très peu de choses sur la biodiversité de la zone ou sur l'impact de l'exploitation minière sur ses écosystèmes, " a déclaré Vivian Pellizari, professeur à l'IO-USP et chercheur principal de l'étude.

L'étude faisait partie d'un projet thématique soutenu par la FAPESP. L'article est l'un des résultats du doctorat. recherche de Natascha Menezes Bergo, actuellement stagiaire de recherche postdoctorale à l'IO-USP.

« Bien que le processus connu sous le nom de biominéralisation microbienne soit bien connu, l'oxydation et la précipitation du manganèse n'avaient pas été prouvées, et nous n'avions aucune idée de comment cela s'était produit dans les zones océaniques. En juillet 2020, cependant, un article de chercheurs américains a été publié dans La nature montrant pour la première fois que les bactéries utilisent le manganèse pour convertir le dioxyde de carbone en biomasse via un processus appelé chimiosynthèse, " dit Bergo, qui ont participé à la collecte d'échantillons en 2018 sur le navire de recherche britannique RRS Découverte .

"Une de ces bactéries, qui appartient au groupe Nitrospirae, était présent dans les séquences d'ADN que nous avons extraites d'échantillons de croûte prélevés sur le Rio Grande Rise. C'est une preuve solide que les métaux là-bas sont formés non seulement par un processus géologique, mais aussi par un processus biologique dans lequel les micro-organismes jouent un rôle important, " a-t-elle noté.

Outre le fer et le manganèse, les croûtes sont riches en cobalt, nickel, molybdène, niobium, platine, titane et tellure, entre autres éléments. Le cobalt est essentiel à la production de batteries rechargeables, par exemple, et le tellure est un intrant clé pour la production de cellules solaires à haut rendement. Fin 2018, Le Brésil a demandé à l'ISA une extension de son plateau continental pour inclure le Rio Grande Rise.

Dans d'autres parties du monde, des zones similaires qui ont été étudiées plus longtemps avec les mêmes objectifs comprennent la zone Clarion-Clipperton et le mont sous-marin Takuyo-Daigo, à la fois dans le Pacifique Nord, ainsi que le Tropic Seamount dans l'Atlantique Nord.

Formation

Le Rio Grande Rise a une superficie d'environ 150, 000 km ² , trois fois la taille de Rio de Janeiro, et des profondeurs allant de 800 m à 3, 000 m. Formé lorsque l'Afrique et l'Amérique du Sud actuelles se sont séparées du supercontinent Gondwana il y a entre 146 millions d'années (mya) et 100 mya, l'Ascension était une île qui a coulé environ 40 millions d'années, probablement en raison du poids d'un volcan et de sa lave et du mouvement des plaques tectoniques.

Lors d'une de leurs expéditions en 2018, les chercheurs ont prélevé sur une partie du Rise des échantillons des croûtes ferromanganèse et des squelettes coralliens qui y vivent, ainsi que des roches calcarénitiques et des biofilms à la surface des croûtes. Ces biofilms sont des communautés microbiennes structurées enveloppées de substances qu'elles sécrètent pour se protéger des menaces telles que le manque de nutriments ou de toxines potentielles.

"Trouver le biofilm a été une surprise intéressante, car c'est un indicateur d'un processus de biominéralisation naissant, " a déclaré Bergo. "Nous avons trouvé les mêmes micro-organismes dans notre biofilm, corail, échantillons de calcarénite et de croûte. La seule différence était l'âge des surfaces. Le corail est plus récent que les croûtes, et le biofilm est encore plus jeune."

Un total de 666, 782 séquences d'ADN ont été récupérées des échantillons. Les bactéries et archées découvertes par les scientifiques appartiennent à des groupes connus pour être impliqués dans le cycle de l'azote par lequel l'ammoniac est converti en nitrite et nitrate, et donc de servir de source d'énergie pour d'autres micro-organismes. Outre Nitrospirae, ils ont trouvé d'autres procaryotes tels que la classe des archées Nitrososphaeria. Le séquençage des échantillons a également révélé des groupes impliqués dans le cycle du méthane tels que les méthylomirabilales et les deltaprotéobactéries.

Les résultats amplifient la compréhension des scientifiques de la diversité microbienne et des processus écologiques potentiels trouvés sur les croûtes de ferromanganèse des fonds marins de l'Atlantique Sud. Ils contribueront également à la future réglementation d'éventuelles activités minières dans la zone du Rio Grande Rise.

« Au fur et à mesure que les croûtes sont enlevées, la circulation locale va probablement changer et ce, à son tour, modifiera l'approvisionnement disponible en matière organique et en nutriments, et donc le microbiome local et toute la vie qui lui est associée, " dit Bergo. " En plus, les croûtes grossissent de 1 mm tous les 1 million d'années en moyenne, il n'y aura donc pas de temps pour la recolonisation. Ce n'est pas un hasard si tant d'études ont été publiées récemment sur la façon d'évaluer et d'atténuer l'impact de l'exploitation minière en eaux profondes. »