Antarctique

Les microbes qui se régalent de roches concassées prospèrent dans les lacs recouverts de glace de l’Antarctique.

Des microbes vivant dans un lac recouvert de glace en Antarctique se régalent de roches concassées, ont découvert des chercheurs. Et les petites bestioles sont en plein essor.

Les lacs sous-glaciaires sont des masses d’eau douce, dont la majorité se trouve en Antarctique, piégées entre la croûte terrestre, ou substratum rocheux, et d’épaisses couches de glace – parfois plusieurs kilomètres d’épaisseur. Ces lacs regorgent de divers microbes qui se nourrissent des nutriments contenus dans l’eau. Cependant, jusqu’à présent, les chercheurs ne savaient pas exactement d’où provenaient ces nutriments.

Les lacs sous-glaciaires s’érodent naturellement au fil du temps à mesure que leur niveau d’eau monte et descend. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont reproduit cette érosion en laboratoire en écrasant des échantillons de sédiments prélevés dans le lac Whillans – un lac sous-glaciaire de 23 milles carrés (60 kilomètres carrés) enfoui sous 2 600 pieds (800 mètres) de glace en Antarctique – et ont révélé comment les produits chimiques vitaux nécessaires au maintien des communautés microbiennes sont créés.

« Notre étude est complètement différente de toutes les études précédentes sur les lacs sous-glaciaires », a déclaré l’auteur principal Beatriz Gill Olivas, glaciologue à l’Université de Bristol au Royaume-Uni, à Live Science. « Des études antérieures ont examiné comment l’érosion du substratum rocheux pouvait produire des gaz dans les environnements sous-glaciaires, mais notre étude est allée plus loin en examinant comment l’érosion pourrait également libérer des sources de nutriments biologiquement importantes dans l’eau. »

La découverte pourrait avoir des « implications passionnantes » pour étudier comment la vie microbienne pourrait se développer ailleurs dans l’univers, a-t-elle ajouté.

Concassage des sédiments

Le lac Whillans subit des périodes de remplissage et de vidange. Lorsqu’il est plein, il est connu comme un peuplement élevé et lorsqu’il se vide, le lac est considéré comme un peuplement bas. La différence de profondeur entre les peuplements hauts et bas du lac Whillans n’est que d’environ 13 pieds (4 mètres) : les hauts peuplements atteignent 39 pieds (12 m) de profondeur, tombant à une profondeur de 26 pieds (8 m) dans les peuplements bas. Mais à basse altitude, le courant de glace – un couloir d’écoulement rapide dans la calotte glaciaire – entre en contact direct avec de vastes zones du lac, a déclaré Gill Olivas. « Par conséquent, vous pourriez vous attendre à voir une certaine érosion », a-t-elle ajouté.

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Le lac Whillans fait également partie d’un système hydrologique plus vaste, et l’érosion qui se produit dans les zones connectées pourrait alimenter le plus grand lac en produits chimiques, a déclaré Gill Olivas.

Les chercheurs ont reproduit cette érosion en laboratoire en écrasant des échantillons de sédiments du lac Whillans et en les laissant dans une eau à 32 degrés Fahrenheit (0 degré Celsius) sans oxygène, imitant les conditions rencontrées dans le lac.

Les chercheurs ont analysé des échantillons de sédiments obtenus dans le cadre du projet de forage de recherche d’accès sous-glaciaire Whillans Ice Stream. Les scientifiques ont utilisé une perceuse à eau chaude pour créer un trou de forage à travers l’épaisse calotte glaciaire avant de prélever des échantillons avec un carottier stérilisé.

Tirée d’un projet différent qui impliquait le forage d’un autre lac sous-glaciaire, le lac Mercer, la photo montre le forage et la foreuse d’eau chaude.

Libérer des produits chimiques

Les chercheurs ont laissé les roches concassées submergées pendant plus de 40 jours, puis ont analysé l’eau pour voir quels produits chimiques avaient été libérés des sédiments. Ils ont trouvé une grande variété de produits chimiques différents, notamment de l’hydrogène, du méthane, du dioxyde de carbone et de l’ammonium.

La plupart de ces produits chimiques sont libérés instantanément des sédiments lorsqu’ils sont broyés.

« Pendant le concassage, les sédiments se décomposent en particules beaucoup plus petites », a déclaré Gill Olivas. « En conséquence, les bulles microscopiques trouvées dans les minéraux, connues sous le nom d’inclusions fluides, peuvent être ouvertes pour libérer des gaz et des liquides qui étaient auparavant piégés dans ces bulles. »

Les gaz piégés entre les grains individuels de sédiments sont également rejetés dans l’eau, a-t-elle ajouté.

Cependant, d’autres ont été créés au fil du temps lorsque certains minéraux se sont dissous ou ont réagi avec d’autres molécules dans l’eau.

Communautés microbiennes

Un groupe de microbes, connus sous le nom de méthanotrophes, se nourrissent de méthane pour créer de l’énergie pour se développer. L’inverse se produit dans les méthanogènes, qui créent de l’énergie en convertissant l’hydrogène et le dioxyde de carbone en méthane. Le lac abrite également des bactéries spécialisées qui tirent leur énergie de la conversion de l’ammonium en nitrite puis en nitrate, un processus connu sous le nom de nitrification.

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De nombreux composés créés dans les lacs sous-glaciaires sont également fortement réducteurs ou oxydants, ce qui signifie qu’ils donnent et prennent facilement des électrons lors de réactions chimiques, ce qui crée également ce que l’on appelle un gradient redox dans le lac. Ce gradient aide à recycler les éléments capables d’avoir plusieurs états d’oxydation, tels que le soufre ou le fer, en leur permettant facilement de gagner et de perdre des électrons. Des microbes spécialisés, connus sous le nom de chimiolithotrophes, peuvent catalyser l’oxydation de ces éléments comme source d’énergie.

Fondamentalement, pour chaque produit chimique présent dans le lac, les chercheurs ont trouvé un groupe de microbes qui ont évolué pour l’exploiter pour l’énergie.

Ces découvertes pourraient être utiles aux chercheurs à la recherche de vie extraterrestre. On pense que les lacs souterrains et les océans gelés sont courants dans l’univers, même dans notre propre système solaire.

« Les lacs de l’Antarctique peuvent être un indicateur d’environnements extrêmes dans d’autres systèmes planétaires », a déclaré Gill Olivas. « Ils offrent un excellent aperçu de la façon dont la vie microbienne pourrait survivre dans d’autres environnements. »

Essentiellement, là où vous avez de la glace sur des sédiments ou des roches, accompagnée d’eau liquide, l’érosion peut fournir une source de nutriments et d’énergie à la vie microbienne.

« Nous ne pouvons évidemment pas dire que ces processus soutiendront définitivement des microbes exoplanétaires », a déclaré Gill Olivas. « Cependant, cela offre certainement un aperçu de la façon dont les microbes des planètes et des lunes glacées peuvent survivre. »

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