Monticule hydrothermal à ~2000 mètres de profondeur dans le bassin de Guaymas. Cette tour « vivante » de plusieurs mètres de haut composée de minéraux et de sédiments imbibés d'hydrocarbures est imprégnée de fluides hydrothermaux. La surface de la structure est recouverte de tapis de bactéries blanches et oranges qui utilisent le soufre comme source d'énergie. Vu du submersible Alvin. Crédit :Teske et al, Devant. Microbiol., 2021
Il fait froid dans les profondeurs des océans du monde; la plupart des fonds marins sont à une température froide de 4 °C. Ce n'est pas le cas du fond marin du bassin de Guaymas dans le golfe de Californie. Ici, les plaques tectoniques se séparent et la chaleur de l'intérieur de la Terre peut s'élever jusqu'à ce qu'elle cuit de vastes zones des sédiments du fond marin, transformer la matière organique enfouie en méthane et autres composés riches en énergie.
Quels types d'organismes prospèrent dans ce hotspot océanique ? Dans deux nouvelles études, Le scientifique adjoint du MBL, Emil Ruff, et ses collaborateurs montrent que des régions distinctes du bassin abritent des micro-organismes spécialement adaptés; découvrir de nouveaux habitants microbiens de cette communauté des grands fonds ; et suggèrent comment la communauté peut influencer considérablement le cycle du carbone dans les sédiments chauds du fond marin.
Juste au fond de la mer où la chaleur géothermique rencontre l'océan froid et profond, les sédiments ont souvent une température confortable de 30 à 60 °C, températures idéales pour les microbes thermophiles (thermophiles). Ces amoureux de la chaleur exotiques peuvent utiliser le méthane comme source d'énergie et prospérer dans des paysages marins si différents de la plupart des autres écosystèmes de la Terre qu'ils pourraient bien exister sur une autre planète. Les mangeurs de méthane et d'autres organismes qui utilisent l'énergie chimique des fluides hydrothermaux sont à la base du réseau trophique, sans laquelle l'écosystème ne serait pas possible. Dans la première étude, Teske et al. montrent que ces mangeurs de méthane et autres microbes sont spécialement adaptés à des régimes thermiques et géochimiques distincts au sein du bassin.
Les participants à l'expédition R/V Atlantis au bassin de Guaymas, Golfe de Californie, en 2016. Le N/R Atlantis est exploité par la Woods Hole Oceanographic Institution et ses expéditions incluent des scientifiques de nombreuses institutions. À l'arrière, le submersible hauturier Alvin est niché dans son hangar. Crédit :Alexander Epp, Institution océanographique de Woods Hole
Les communautés microbiennes de ces sédiments hydrothermaux sont très diverses, pourtant, seuls quelques organismes peuvent utiliser le méthane comme source d'énergie. Donc, qu'est-ce que tout le monde fait?
Une grande partie - ou la plupart - de la diversité microbienne semble être constituée d'organismes, qui, comme les humains, ne peuvent utiliser que des composés organiques réduits pour l'énergie (comme les sucres, protéines et acides gras). Ces organismes, appelés hétérotrophes, doit vivre d'une manière ou d'une autre de la biomasse qui pleut de la surface de l'océan ou qui est produite par les broyeurs de méthane et d'autres producteurs primaires.
C'est une question de longue date :quels composés ces hétérotrophes utilisent-ils pour gagner leur vie et pourquoi tant d'espèces différentes peuvent-elles vivre côte à côte sans se concurrencer. Dans la deuxième étude, Sherlynette Pérez Castro, un chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Ruff à MBL, et des collaborateurs montrent que certains amateurs de chaleur se spécialisent dans la dégradation des « débris » qui sont rejetés dans l'environnement lorsque d'autres cellules périssent :les polymères organiques et les macromolécules. (Voir le billet de blog "Derrière le papier" de Pérez Castro dans Microbiologie naturelle .)
Carte bathymétrique du bassin de Guaymas annotée avec les sites d'échantillonnage de l'expédition Atlantis AT37-06 en 2016. Crédit :Teske et al, Devant. Microbiol., 2021. Basé sur un modèle avec l'aimable autorisation de C. Mortera, UNAM.
Chaque cellule, qu'il s'agisse d'une cellule microbienne ou humaine, se compose principalement de quatre types de macromolécules:Protéine, acides nucléiques (ADN, ARN), lipides (acides gras) et polysaccharides (sucres). Les chercheurs ont utilisé chacun de ces quatre composés successivement comme seule source d'énergie et de carbone pour se développer et identifier les organismes d'eau profonde qui peuvent vivre du composé respectif.
Ils ont découvert que tous les organismes qu'ils pouvaient cultiver dans leurs expériences en laboratoire appartenaient à des espèces microbiennes auparavant non cultivées. Les expériences ont également montré que chaque polymère était nutritif pour tout un réseau trophique d'organismes, qui explique comment une seule molécule peut soutenir un zoo d'organismes, suggérant une raison de la grande diversité des hétérotrophes coexistants.
A leur grande surprise, aucune des 48 cultures différentes n'a produit de méthane, un produit final commun des organismes hétérotrophes. Cela pourrait signifier que le méthane émis au fond de la mer est complètement éliminé de l'écosystème par les communautés microbiennes, ce qui a des implications pour le cycle du carbone des grands fonds qui restent à explorer.
