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Vivre dans la glace

Cristal en croissance dans l'eau.

Un monde réservé aux microbes (I)

Une vie microbienne peut-elle survivre et même se développer dans de la glace solide ou du permafrost ? Telle est la question que s’est posée Buford P. Price [1] du département de Physique de l’Université de Californie à Berkeley lors d’un atelier de travail qui s’est déroulé durant l'été 2001. Ses recherches n’ont pas été publiées mais méritent bien une seconde lecture tant le sujet est méconnu et passionnant.

Je vous invite à un voyage dans un monde inconnu mais pourtant proche, mais un monde hostile où la lutte pour la survie n'est pas un vain mot. Dans ce monde infiniment petit et loin des regards, le maître des lieux à carte blanche. Pour tester les facultés de survie de sa population, il n'hésite pas à priver ses hôtes de lumière et de nourriture et s'il le faut à baisser la température largement sous zéro degré.

Si cela ne suffit pas à les endurcir, l'eau est remplacée par de l'acide et la pression est portée à des valeurs proche de l'implosion. Pas étonnant dans ces conditions que seuls les microbes les plus résistants survivent. Voici le récit de leur aventure.

Comment un organisme peut-il survivre dans la glace ? Nous savons que sous le point de congélation de l’eau, en principe les fonctions métaboliques sont interrompues. En effet, en raison de la cristallisation de l’eau, la glace envahit le cytoplasme et les organites, les tissus cellulaires se déchirent, bref l'organisme meurt. Or il s’avère que sous certaines conditions, une vie microbienne peut parfaitement se développer dans de tels environnements. La vitesse de métabolisme dépend de la température, de la quantité de nourriture et des bioéléments disponibles parmi d’autres facteurs.

Cette théorie relance l’espoir de trouver de la vie dans des mondes glacés plongés jusqu'à -90°C. B.Price considère que des animalcules pourraient vivre dans des crevasses ou des veines glacées microscopiques remplies d’acide ou de solution saline qui leur fourniraient les nutriments et les éléments nécessaires à leur croissance.

Nous allons voir quelles sont les implications de ce scénario pour les planètes glacées et plus généralement pour la question toujours en suspend concernant l’origine de la vie sur Terre.

Inventaire de la vie microbienne dans les biotopes glacés

Le tableau suivant reprend l'inventaire des organismes primitifs découverts dans les milieux naturels glacés. Par organismes primitifs entendons toutes les bactéries et les organismes du genre archaea. Le tableau suivant donne la concentration des procaryotes par centimètre cube, essentiellement dans les environnements froids.

Lieu

Bactéries / ml

Archaea

Ainsi qu’on le constate, on trouve des bactéries partout sur Terre dans des concentrations qui ne varient pas de plus de quelques ordres de grandeurs. Les archaea sont presque aussi abondantes que les bactéries dans la mesure où on utilise les bonnes méthodes d’identification.

Le tableau suivant présente quelques types de faune microbienne que l’on trouve dans la glace dure et le permafrost :

Type

Lieu

23 genres de microbes. La plupart sont similaires aux spores des Bacilles ou des Actinobactéries

Glaces de divers glaciers

Deinococcus, Thermus, Alcaligènes Cytophages, Bactériodes (tous psychrophiles)

Neige du Pôle Sud

Serratia, Enterobacter, Klebsiella, Yersinia (tous psychrotrophes)

Glace de l’île Ellesmere

Champignons viables (Penicillium, Cladosporium, Ulocladium, Pleurotus,…)

Glace du Groenland; âge £ 140000 ans

>57 taxa d’eucaryotes (champignons, plantes, algues et protistes)

Glace de Hans Tausen au Nord du Groenland

Bacillus et autre bactéries du sol

A la base du glacier de Guliya (Tibet) dont la glace est âgée d’un million d’années

Levures, champigons, micro-algues, bactéries (y compris spores végétales); sous 1500 m, seules des bactéries ressemblant à des spores.

Glace de Vostok

Formes ne ressemblant pas à des spores (Pseudomonas…); formes de spores (mésophiles à psychrophiles); actinomycètes (psychrotolérant)

Glace de Vostok

Caolobacter, un oligotrophe aquatique, probablement indigène au lac Vostok (-3600m)

Glace d’accrétion au fond de la glace de Vostok (juste au-dessus du lac souterrain)

Bactéries aérobies, principalement psychrotolérantes et oligotrophiques ne formant pas de spores

Permafrost de Kolyma

14 genres dominés par les cyanobactéries dont des Corynébactéries psychrotrophes (pas de véritables psychrophiles)

Permafrost des terres basses de Kolyma

11 groupes de bactéries dont des Protéobactéries et des Fibrobacter; des clones SSU ADNr suggèrent de nouveaux genres ou familles

Permafrost des terres basses de Kolyma

>30 genres d’une grande diversité d’aérobies et d’anaérobies, y compris des archaea

Permafrost des terres basses de Kolyma

Bacillus, Arthrobacter, Streptomyces, inter alia

Permafrost Antarctique

Méthanococcoides burtonii, Méthanogénium frigidum, Halorubrum lacusprofundii

Archaea psychrophiles des lacs Antarctiques

Tableau 2. Document Buford P. Price/ U.Californie.

Nous savons d’expérience que les conditions extrêmes de survie comprennent la température, la pression, le pH, la sécheresse, la salinité, la concentration en oxygène, le flux de rayonnement (y compris la lumière solaire) et la disponibilité de la nourriture et des bioéléments

Ainsi que nous l’avons expliqué à propos de la climatologie, dans ce contexte la glace représente une machine à remonter le temps. Non seulement elle emprisonne des bulles d’air qui nous renseignent sur la composition de l’atmosphère passée de la Terre mais elle renferme également des micro-organismes dont on peut facilement déterminer l’âge et dont les réponses au froid et à la privation de nourriture peuvent être analysés.

L’un des problèmes non résolu de la microbiologie est de savoir au bout de combien de temps des températures extrêmes et le manque de nourriture deviennent préjudiciables au métabolisme des micro-organismes.

A ce jour personne n’a encore étudié de manière approfondie la dépendance des microbes envers ces facteurs ou la fraction d’entre eux supportant ces régimes, combien sont viables mais hors cultures, combien sont dormants et combien trépassent. En fait, la définition de la “mort” pourrait être révisée à mesure que les techniques permettant de cultiver des microbes dans la glace s’améliorent.

Prochain chapitre

Etat des lieux

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[1] Travail non publié de Buford P.Price, Workshop on Life in Ancien Ice, 30 juin-2 juillet 2001, Université de Californie, Berkeley.


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