Survivre aux extrêmes : explorer l’existence de la vie à 125°

Des biologistes de l’Université de Syracuse examinent les processus qui permettent aux eucaryotes microbiens de prospérer dans l’environnement hostile d’un lac géothermique.

On estime que la Terre abrite environ 8,7 millions espèces des organismes eucaryotes. Les eucaryotes se caractérisent par la présence d’un noyau et d’autres organites liés à la membrane dans leurs cellules. Malgré l’association commune des eucaryotes avec les animaux et les plantes, ces formes ne représentent en réalité que deux des six principaux groupes eucaryotes.

Une partie importante de la diversité eucaryote est constituée de micro-organismes unicellulaires appelés protistes. La recherche de ces organismes permet aux scientifiques d’explorer les voies évolutives qui ont contribué à la riche diversité et à la complexité de la vie eucaryote. De telles investigations permettent de comprendre les développements, tels que l’émergence de la multicellularité, qui ont permis l’existence de la vie animale sur Terre.

Alors que les chercheurs s’efforcent de mieux comprendre les mécanismes à l’origine de l’évolution des espèces sur Terre, des questions demeurent quant à la manière dont les eucaryotes microbiens se sont adaptés aux environnements extrêmes de la planète. Pour approfondir ce sujet, des scientifiques du département de biologie du Collège des arts et des sciences (A&S) étudient actuellement les protistes qui habitent certains des environnements les plus difficiles de la planète : des lacs géothermiques extrêmement chauds et acides.

Une équipe dirigée par Angela Oliverio, professeur adjoint de biologie, récemment revenue du parc national volcanique de Lassen en Californie, qui abrite le plus grand lac géothermique des États-Unis.

« Ce lac est un acide-une caractéristique géothermique chauffée à la vapeur au sulfate, ce qui signifie qu’elle est à la fois assez chaude (~52°C/124°F) et acide (pH ~2) », explique Oliverio, qui a débuté à l’Université de Syracuse en 2022. « Cela en fait un très environnement unique pour étudier les polyextrémophiles, qui sont des organismes qui se sont adaptés à deux ou plusieurs conditions extrêmes – dans ce cas, une température élevée et un pH faible.

Alors, comment ont-ils su se rendre dans un lac chaud de Californie pour trouver une vie eucaryote microbienne ? Dans une étude récente publiée dans Communications naturelles Co-écrit par Oliverio et Hannah Rappaport, chercheuse dans le laboratoire d’Oliverio, l’équipe a construit une base de données d’études antérieures recherchant la vie eucaryote microbienne dans des environnements extrêmes. Plus précisément, ils ont analysé quelles lignées eucaryotes avaient été détectées à plusieurs reprises dans différentes études menées dans des conditions environnementales similaires.

« Nous avons découvert que plusieurs lignées d’amibes étaient souvent récupérées dans des environnements à température extrêmement élevée », explique Oliverio. « Cela suggère que l’étude de ces lignées pourrait donner de grandes informations sur la manière dont les cellules eucaryotes peuvent s’adapter à la vie dans des environnements extrêmement chauds. »

Selon Oliverio, une étude particulière menée par le laboratoire de Gordon Wolfe à Cal State Chico a révélé une amibe, T. thermoacidophilus, était assez abondante dans le lac géothermique du parc national de Lassen. Cependant, aucune donnée génomique sur cet organisme n’existe. Déterminer comment cette espèce s’est adaptée à cet environnement extrême pourrait permettre de mieux comprendre quels types d’environnements dans l’Univers peuvent être considérés comme propices à la vie.

L’été dernier, Oliverio et Rappaport se sont rendus au parc national de Lassen pour en savoir plus sur ce protiste particulier et rechercher d’autres eucaryotes extrémophiles nouveaux. Au lac, l’équipe a utilisé une longue perche de peintre fixée sur une bouteille d’un litre pour prélever des échantillons – une tâche difficile étant donné que l’eau dépasse largement les 100 degrés. Fahrenheit. Ensuite, les bouteilles ont été ramenées au laboratoire d’Oliverio à Syracuse et l’équipe isole actuellement des cellules uniques pour le séquençage du génome et la caractérisation des amibes par microscopie.

Même si de nombreuses inconnues demeurent quant à la façon dont les eucaryotes s’adaptent pour exister dans des environnements extrêmes, Oliverio espère que cette recherche contribuera à combler certaines des lacunes actuelles dans les connaissances.

Image d’amibes (taches grises circulaires en arrière-plan) et d’algues rouges (quatre ovales blancs au premier plan), photographiées par Hannah Rappaport en microscopie optique. Ceux-ci ont été échantillonnés dans un lac géothermique du parc national volcanique de Lassen.

« Nous soupçonnons qu’il existe quelque chose de spécial dans la forme amiboïde qui permet la persistance dans ces lignées eucaryotes, mais le mécanisme reste inconnu », dit-elle. « Sur la base de nos recherches, nous émettons l’hypothèse que le transfert horizontal de gènes (mouvement de l’information génétique entre organismes) à partir de bactéries et la réduction du génome (lorsqu’un génome supprime des gènes dont il n’a pas besoin), ainsi que l’expansion de familles de gènes particulièrement utiles, pourraient être une solution. quelques-unes des façons dont les protistes ont acquis la boîte à outils pour survivre dans des environnements extrêmes.

Oliverio note que les découvertes de l’équipe à l’échelle du génome contribueront à d’importantes données manquantes dans les reconstructions de l’arbre de vie. « Cela permettra d’approfondir notre compréhension de la répartition et de l’évolution de la vie sur Terre. »