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Vivre
dans la glace
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
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. |
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Cristal en croissance dans l'eau. |
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.
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Lieu
|
Bactéries
/ ml
|
Archaea
|
|
Surface
des terres
|
|
A
0.1m de profondeur sous la terre
|
108
-1010
|
?
|
|
A
10 m dans les sédiments
|
107-
1010
|
?
|
|
Entre
190-350 m dans les sédiments
|
105
- 106
|
Méthanogène
(crenarchaeaota)
|
|
A
200m, dans l’eau des roches
|
1200
|
2.3x105
|
|
A
3 km de profondeur dans les roches
|
3.4x105
|
oui
|
|
Océans
|
|
Quelques
mètres de profondeur
|
3x105
|
4x104
|
|
A
200 m de profondeur
|
8x104
|
3x104
|
|
A
5000 m de profondeur
|
3000
|
4000
|
|
Sédiments
superficiels
|
~
1010
|
?
|
|
Sédiment
600 m sous le sable
|
106
|
?
|
|
~10400
m dans les fosses du Pacifique
|
103
- 106
|
?
|
|
Eaux
Antarctiques
|
~7x105
|
~3x105
|
|
Lacs
|
|
Alpins
|
1-5x105
|
jusque
3x104
|
|
Antarctique
(sous la glace)
|
jusqu’à
4x106
|
oui
|
|
Nuages
|
1500
|
?
|
|
Neige
|
|
Observatoire
Sonnenblick
|
11000
|
?
|
|
Banquise
de Ross
|
~3000
|
?
|
|
Pôle
Sud par –50°C
|
200-5000
|
pas
observé
|
|
Glaces
|
|
Vostok
(vivant ou mort)
|
800
- 104
|
?
|
|
Glaciers
suisse, glace basale
|
105 - 6x107
|
?
|
|
Galcier
Guliya (Chine)
|
104 - 5x105
|
?
|
|
Groenland,
Hans Tausen
|
~3x103
|
?
|
|
Groenland,
GISP2
|
0.1-0.5
de champignons
(autres
espèces non étudiées)
|
?
|
|
Glace
basale, île Ellesmere
|
>103
CFU/ml à 4°C
|
Méthanogènes
|
|
Permafrost
|
|
Sibérie
|
300-108
|
10-107
méthanogènes
105-3x107 denitrifières
|
|
Antarctique
|
jusqu’à 105
|
Méthanogènes
|
|
Tableau 1. Document
Buford P. Price/ U.Californie. |
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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 |
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Tableau
2. Document Buford P. Price/ U.Californie. |
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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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