Comment expliquer que dans les profondes nappes aquifères totalement anoxiques, des bactéries aérobies puissent se développer et prospérer ? C’est qu’elles ont des copines, qui elles, leur procurent de l’oxygène, via un processus de dismutation …
Les scientifiques ont réalisé que dans le sol et les roches sous nos pieds se trouve une vaste biosphère avec un volume global près du double de celui de tous les océans du monde. On sait peu de choses sur ces organismes souterrains, qui représentent la majeure partie de la masse microbienne de la planète et dont la diversité peut dépasser celle des formes de vie de surface. Leur existence s’accompagne d’une grande énigme : les chercheurs ont souvent supposé que bon nombre de ces royaumes souterrains sont des zones mortes pauvres en oxygène habitées uniquement par des microbes primitifs gardant leur métabolisme en haleine et grattant des traces de nutriments. Au fur et à mesure que ces ressources s’épuisent, on pensait que l’environnement souterrain devait devenir sans vie avec une plus grande profondeur.
Dans une nouvelle recherche publiée le mois dernier dans Nature Communications , les chercheurs ont présenté des preuves qui remettent en question ces hypothèses. Dans des poches d’eau souterraine à 200 mètres sous les gisements de combustibles fossiles de l’Alberta, au Canada, ils ont découvert d’abondants microbes qui produisent de manière inattendue de grandes quantités d’oxygène, même en l’absence de lumière.
Cette nouvelle étude a examiné les aquifères de la province canadienne de l’Alberta, qui possède de si riches gisements de goudron souterrain, de sables bitumineux et d’hydrocarbures qu’elle a été surnommée “le Texas du Canada”. Étant donné que ses énormes industries d’élevage de bétail et d’agriculture dépendent fortement des eaux souterraines, le gouvernement provincial surveille activement l’acidité et la composition chimique de l’eau. Pourtant, personne n’avait systématiquement étudié la microbiologie des eaux souterraines.
Les chercheurs ont commencé à identifier les microbes dans les échantillons, en utilisant des outils moléculaires pour repérer leurs gènes marqueurs révélateurs. Beaucoup d’entre eux étaient des archées méthanogènes – de simples microbes unicellulaires qui produisent du méthane après avoir consommé de l’hydrogène et du carbone suintant des roches ou de la matière organique en décomposition. De nombreuses bactéries se nourrissaient également du méthane ou des minéraux présents dans l’eau.
Ce qui n’avait pas de sens, cependant, c’est que de nombreuses bactéries étaient des aérobies – des microbes qui ont besoin d’oxygène pour digérer le méthane et d’autres composés. Comment les aérobies pourraient-ils prospérer dans des eaux souterraines qui ne devraient pas avoir d’oxygène, puisque la photosynthèse est impossible ? Mais les analyses chimiques ont également trouvé beaucoup d’oxygène dissous dans les échantillons d’eau souterraine à 200 mètres de profondeur.
Les chercheurs ont séquencé les génomes de toute la communauté de microbes dans les eaux souterraines et ont suivi les voies et réactions biochimiques les plus susceptibles de produire de l’oxygène. Les réponses pointaient sans cesse vers une découverte faite il y a plus de dix ans par Marc Strous de l’Université de Calgary, l’auteur principal de la nouvelle étude et le chef du laboratoire où Ruff travaillait.
Alors qu’il travaillait dans un laboratoire aux Pays-Bas à la fin des années 2000, Strous a remarqué qu’un type de bactérie se nourrissant de méthane que l’on trouve souvent dans les sédiments lacustres et les boues d’épuration avait un mode de vie étrange. Au lieu d’absorber l’oxygène de son environnement comme les autres aérobies, la bactérie a créé son propre oxygène en utilisant des enzymes pour décomposer les composés solubles appelés nitrites (qui contiennent un groupe chimique composé d’azote et de deux atomes d’oxygène). Les bactéries ont utilisé l’oxygène autogénéré pour séparer le méthane en énergie.
Lorsque les microbes décomposent les composés de cette manière, cela s’appelle la dismutation. Jusqu’à présent, on pensait qu’il était rare dans la nature comme méthode de génération d’oxygène. Des expériences récentes en laboratoire impliquant des communautés de microbes artificiels ont cependant révélé que l’oxygène produit par la dismutation peut s’échapper des cellules et dans le milieu environnant au profit d’autres organismes dépendants de l’oxygène, dans une sorte de processus symbiotique. Ruff pense que cela pourrait être ce qui permet à des communautés entières de microbes aérobies de prospérer dans les eaux souterraines, et potentiellement dans les sols environnants également.