Des microbes antiques prennent vie après 100 millions d’années sous les fonds marins

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Image agrandie montrant des microbes ressuscités à partir de sédiments vieux de 101,5 millions d'années.

Image agrandie montrant des microbes ressuscités à partir de 101,5-sédiment vieux d’un million d’années.
Image: JAMSTEC

Les scientifiques ont relancé des microbes vieux de 100 millions d’années trouvés profondément sous le fond marin, élargissant considérablement notre vision de l’endroit où la vie existe sur Terre et pendant combien de temps.

Une équipe internationale de scientifiques dirigée par le géomicrobiologiste Yuki Morono de l’Agence japonaise pour les sciences et technologies marines et terrestres a relancé des microbes extraits de sédiments pauvres en énergie des fonds marins datant d’il y a 101,5 millions d’années. Dans des conditions de laboratoire, ces microbes ont repris vie, grignotant de la nourriture et se multipliant. Après avoir enduré des conditions de basse énergie pendant des millions d’années, ces microbes – un type de bactérie – ont quand même réussi à «conserver leur potentiel métabolique», selon le nouveau recherche, qui a été publié aujourd’hui dans Nature Communications.

« Une fois de plus, cette nouvelle étude élargit notre vision de la biosphère habitable sur Terre et de la capacité des microbes à survivre dans des conditions sous-optimales », a déclaré Virginia Edgcomb, géologue de la Woods Hole Oceanographic Institution qui n’était pas impliquée dans la nouvelle étude. dans un e-mail. «Cela élargit également notre vision des endroits où la vie microbienne viable contribue au renouvellement du carbone et d’autres nutriments dans la biosphère profonde.»

Auparavant, les scientifiques disaient avoir récupéré et ressuscité des spores bactériennes provenant de cristaux de sel vieux de 250 millions d’années trouvés dans la Formation Permian Salado au Nouveau-Mexique, mais certains experts en désaccord avec cette conclusion, disant que les échantillons étaient contaminés, entre autres problèmes. En 1995, des scientifiques ravivé une spore bactérienne d’une abeille conservée dans de l’ambre datant de 25 à 40 millions d’années.

Les microbes ravivés dans la nouvelle étude proviennent des plus anciens échantillons de sédiments marins jamais étudiés, a expliqué Morono dans un courriel. De plus, les chercheurs «ont directement vu la renaissance microbienne par l’incorporation de nutriments ajoutés», et une grande partie des microbes «n’étaient pas des microbes sporulants», a-t-il ajouté. Dans ce cas, les microbes éveillés se sont immédiatement lancés dans leur activité microbienne, consommant de la nourriture et s’engageant dans la division cellulaire. Les spores bactériennes, en revanche, doivent transition retour à un état reproductif.

Illustration de l'article intitulé Les microbes antiques prennent vie après 100 millions d'années sous les fonds marins

Image: IODP JRSO

Les échantillons de sédiments contenant les microbes ont été extraits il y a 10 ans dans la plaine abyssale du sud du Pacifique Gyre. Ces échantillons ont été prélevés à des profondeurs atteignant 245 pieds (75 mètres) sous le fond marin et datés de 13 à 101,5 millions d’années. Un peu d’oxygène a été détecté dans ces couches profondes, mais pratiquement pas de matières organiques comme le carbone (c’est-à-dire de la nourriture pour les microbes).

Cette partie de l’océan contient certaines des eaux les plus claires du monde, en raison des faibles concentrations de phytoplancton de surface de la mer, qui normalement coulent et fournissent de la nourriture aux microbes sous-marins. Parce que la neige marine, comme on l’appelle, est si légère dans cette région, la formation des sédiments du fond marin est exceptionnellement lente, se formant à une vitesse dérisoire d’environ 3 à 6 pieds (1 à 2 mètres) tous les millions d’années. Le but principal de la nouvelle étude était de voir si la vie pouvait vivre dans un environnement aussi affamé de nutriments et, dans l’affirmative, pendant combien de temps ces microbes pourraient survivre sans pratiquement aucune nourriture.

Carte montrant les emplacements des sites d'échantillonnage.

Carte montrant les emplacements des sites d’échantillonnage.
Image: Y. Morono et al., 2020

De retour au laboratoire, ces microbes ont été incubés et ont reçu un régime régulier de substrats marqués par des isotopes composés de carbone et d’azote. Un aspect extrêmement important de l’étude était de suivre la consommation microbienne de ces aliments ajoutés, d’où les substrats stables marqués par des isotopes.

Dans ce cadre confortable de laboratoire, les microbes, y compris ceux extraits des échantillons de sédiments les plus anciens, ont réagi presque immédiatement. Au cours de 68 jours, les chercheurs ont observé avec stupéfaction la taille des populations augmenter de plus de quatre ordres de grandeur. Plus de 99% des microbes trouvés dans les échantillons ont repris vie, ce qui a même choqué les scientifiques.

Profondément sous le fond marin, «les nutriments sont très limités», de sorte que les microbes étaient «presque à l’état de« jeûne »», a déclaré Morono. «Il est donc surprenant et biologiquement difficile qu’une grande partie des microbes puisse être réanimée après une très longue période d’enfouissement ou de piégeage dans des conditions extrêmement faibles en nutriments et en énergie.»

En utilisant le profilage génétique de l’ADN et de l’ARN, les chercheurs ont identifié les microbes comme des bactéries aérobies ou aimant l’oxygène. Les auteurs ont également exclu une contamination potentielle, affirmant qu’il n’y a pratiquement pas de perméabilité entre les couches épaisses du fond marin.

Échantillon de sédiments.

Échantillon de sédiments.
Image: JAMSTEC

Jennifer Biddle, professeure agrégée de la School of Marine Science and Policy de l’Université du Delaware, n’a vu aucun problème de contamination.

«En fait, si on me donnait un précieux échantillon de matériel martien avec lequel je pourrais prouver de manière concluante la vie sur une autre planète, je le donnerais à Yuki Morono», a déclaré Biddle, qui n’était pas impliqué dans la nouvelle recherche.

Ces microbes «ont probablement été enfouis» dans les sédiments du sud du Pacifique Gyre, et «eux-mêmes ou leurs descendants y ont persisté depuis ce temps», a déclaré Edgcomb. Soit ces microbes étaient dans un état d’animation suspendue, soit les «cellules d’origine ont pu se diviser occasionnellement depuis qu’elles ont été enterrées, et elles regardent le nième [indeterminate] génération des cellules d’origine », a-t-elle déclaré. Edgcomb a déclaré que des questions restent ouvertes quant à «combien de temps différents types de micro-organismes peuvent survivre dans un état de repos sans se diviser».

Faire revivre des microbes vieux de 100 millions d’années semble un peu effrayant, étant donné ce que nous ne savons pas sur les germes anciens. Interrogé sur les risques et les précautions de sécurité mises en place pour l’expérience, Morono a déclaré que «les sédiments sous-marins sont considérés comme à faible risque pour la santé, car aucun hôte infectant, comme un être humain, n’existe dans cet environnement. Cependant, «nous avons manipulé les microbes à tout moment dans la salle blanche» et tous les échantillons ont été conservés dans un laboratoire – un environnement de niveau de biosécurité 1 – pendant tout le temps.

Edgcomb n’avait pas de problèmes de sécurité, déclarant: «En tant qu’écologiste microbien marin, je ne vois aucun problème de sécurité dans les expériences qu’ils ont menées.»

Quant à savoir comment ces microbes ont pu rester en état d’hibernation pendant si longtemps, Morono a déclaré qu’il n’en était pas sûr, mais il espère que les nouvelles découvertes « stimuleront les discussions sur ce sujet » et, finalement, une identification des mécanismes de survie nécessaires pour les microbes. de rester en sommeil à travers de si vastes échelles de temps géologiques.

«Ce qui est vraiment surprenant dans cette étude, c’est que ce sédiment contient de l’oxygène. Alors que nous nous efforçons tous d’avoir une alimentation riche en antioxydants, nous savons que l’oxygène est un agent de dégradation, donc avoir longtempsla survie à terme est impressionnante », a déclaré Biddle. «Cependant, nous ne savons pas ce que la cellule voit réellement dans les sédiments; il peut y avoir de petites cages dehabitat d’oxygène qui améliore la survie. »

La nouvelle étude aussi renforce l’importance du carbone organique en tant que source de nourriture pour les microbes vivant sous le fond marin – une découverte regrettable, en ce qui concerne Biddle.

«C’est un peu décevant, étant donné que nous découvrons à maintes reprises que le sous-sol dépend de la surface pour sa nourriture», a déclaré Biddle. «J’attends toujours le microbe sédimentaire subsurface autonome!»

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