Une équipe de recherche avec l'auteur principal Helena Osterholz de l'Institut Leibniz pour la recherche sur la mer Baltique (IOW) rapporte dans le dernier numéro de la revue Nature Communications sur les voies possibles par lesquelles les communautés microbiennes de la "biosphère profonde" pauvre en nutriments peuvent assurer leur survie. Entre autres, la matière organique dissoute (DOM) a été étudiée dans différentes eaux souterraines profondes. Leurs résultats montrent que dans les couches supérieures du socle rocheux, la majeure partie de la matière labile est convertie. En dessous, les processus de mélange dominent. Le DOM réfractaire restant conduit à la sélection d'un microbiome central qui peut se nourrir de cet aliment difficile à digérer.

Profondément sous la biosphère de surface qui nous entoure, où le cycle de la vie est principalement régi par la photosynthèse, une "biosphère profonde" existe, s'étendant sur plusieurs kilomètres dans la lithosphère. Il contient environ un quart de la biomasse microbienne mondiale totale et est donc un contributeur important au bilan carbone de la Terre. Via les eaux souterraines profondes, cette biosphère entre en contact avec un large spectre de matière organique dissoute (MOD). Cette DOM représente théoriquement une source de nourriture majeure pour les micro-organismes. Pourtant, on sait peu de choses sur le rôle que la composition et la biodisponibilité associée de ces substances jouent dans la nutrition de la biosphère continentale profonde, qui se caractérise généralement par un épuisement des nutriments et de l'énergie, c'est-à-dire des conditions plutôt hostiles.

Cela est notamment dû au fait que l'accès à ce monde est extrêmement difficile. Le laboratoire Äspö Hard Rock, sur la côte baltique suédoise, offre cependant d'excellentes conditions de recherche. Un système de tunnels de 3,6 km de long, qui s'étend en partie sous la mer Baltique, permet d'accéder aux eaux souterraines du sous-sol profond du bouclier scandinave.

Une équipe germano-suédoise composée de chercheurs de l'Université Linnaeus, Kalmar, de l'Université suédoise des sciences agricoles, Uppsala, du laboratoire Äspö Hard Rock, Oskarshamn, de Terralogica AB, de l'Université Carl von Ossietzky, Oldenburg, et de l'OIEau a obtenu des échantillons d'eau à différentes profondeurs de ce tunnel.

Selon la position dans le système de tunnels, ils ont échantillonné des eaux souterraines qui étaient soit influencées par les précipitations ou l'eau saumâtre de la mer Baltique actuelle, soit qui étaient en contact avec l'eau salée d'une mer précédente. Leur hypothèse :les communautés microbiennes des fractures profondes du continent sont alimentées depuis la surface de la Terre – par le DOM. Pour tester cela, l'équipe a comparé la concentration et la composition moléculaire de DOM ainsi que les niveaux stables et radiogéniques de carbone et d'isotopes de l'eau, la chimie de l'eau et la structure de la communauté microbienne dans des échantillons d'eau de fissure de différentes profondeurs, âges et origines.

"En appliquant diverses méthodes d'investigation, nous avons pu montrer que le DOM contient une forte signature terrigène dans tous les échantillons - des récentes influences de la mer Baltique aux anciennes eaux de fracture salines du bouclier fennoscandien, qui ont été stockées dans le substrat rocheux pendant plus de 100 000 ans », explique la chimiste marine de Warnemünde, Helena Osterholz. "Mais il est également frappant de constater qu'un microbiome central peut toujours être trouvé, même si la chimie des eaux souterraines était complètement différente."

Les auteurs attribuent cette découverte au fait que sur le chemin des eaux de surface vers les eaux souterraines, les composés de carbone facilement décomposables dans le DOM sont dégradés, laissant la matière organique réfractaire. Cet apport dominant de matière organique relativement difficile à digérer a à son tour déclenché la formation sélective d'un microbiome central.

Helena Osterholz déclare :« En ce qui concerne l'importance de la DOM dans l'approvisionnement en nutriments des systèmes aquatiques, nous ne faisons qu'effleurer la surface. Dans la biosphère profonde sous la Suède, nous avons pu montrer qu'une approche multi-méthodes donne de nouvelles perspectives. Cela se fait mieux dans des collaborations passionnantes comme celle-ci, où des microbiologistes, des géologues et des chimistes se sont réunis pour combiner leur expertise." + Explorer plus loin

Les eaux souterraines, et non les calottes glaciaires, sont la plus grande source d'eau sur terre et la plupart sont anciennes