Les scientifiques ont découvert une vie microbienne diversifiée au cœur du désert chilien d'Atacama à l'aide de nouvelles techniques d'analyse de l'ADN, fournissant ainsi des informations sur la biodiversité dans des environnements extrêmes et des implications potentielles pour la recherche sur la vie extraterrestre. Le Yungay-Playa, l'une des zones les plus sèches du désert chilien d'Atacama. Crédit : D. Wagner, GFZ
Une nouvelle molécule ADN Cette technique d'analyse a permis la détection de microbes viables jusqu'à des profondeurs de 4,20 mètres. Cette découverte revêt également une importance pour la recherche de la vie extraterrestre.
Historiquement, les sols arides du désert d'Atacama au Chili étaient considérés comme dépourvus de vie. Cependant, dans l'une de ses zones les plus sèches, un groupe de chercheurs dirigé par Lucas Horstmann et Dirk Wagner du Centre allemand de recherche en géosciences GFZ, en collaboration avec des pairs de la TU Berlin et de l'Université d'Antofagasta au Chili, a découvert un phénomène jusqu'alors inconnu. habitat souterrain.
Ceci était basé sur des méthodes nouvellement développées d’analyse moléculaire de l’ADN, qui permettent l’extraction et l’analyse ciblées de l’ADN intracellulaire. Celle-ci provient de cellules intactes d'organismes vivants ou dormants, permettant de détecter des communautés microbiennes viables et potentiellement actives qui peuplent les sols hyperarides jusqu'à 4,20 mètres de profondeur. L'étude, publiée dans la revue Nexus PNAS, élargit ainsi notre compréhension de la biodiversité d'une région où les conditions extrêmes de sécheresse, de salinité et de carence en nutriments sont proches des limites de la vie. Les résultats ont également des implications pour la recherche de vie sur d’autres planètes.
Contexte : L’habitat désertique extrême
Les déserts constituent l’un des écosystèmes les plus vastes et les plus fragiles de la planète. Même si les conditions y sont parmi les plus dures et les plus dangereuses pour la vie, elles abritent une vie microbienne. En l’absence de précipitations régulières, les micro-organismes constituent le composant écologique le plus important qui assure la médiation des flux de nutriments en utilisant les composants du sol tels que les minéraux et les sels ainsi que les gaz atmosphériques comme source d’énergie et d’eau.
« L'étude de la diversité et de la répartition microbienne est cruciale pour bien comprendre le rôle central des processus microbiens dans le maintien de l'équilibre écologique et de la fonctionnalité des écosystèmes désertiques, notamment en ce qui concerne leur développement futur dans le contexte du changement climatique », déclare Dirk Wagner, directeur de l'étude. de la section de géomicrobiologie du GFZ et l'un des responsables de l'étude.
Site d'étude dans le Yungay-Playa : La fosse profilée excavée et le chariot de laboratoire de l'Université d'Antofagasta. Crédit : L. Horstmann, GFZ
Le désert d'Atacama, au nord du Chili, s'étend sur 105 000 kilomètres carrés et est considéré comme le désert chaud le plus sec du monde. Il s’agit donc d’un lieu extrêmement pertinent et adapté à la recherche sur cet habitat. Des zones peu profondes jusqu'à une profondeur d'environ un mètre ont déjà été étudiées. On sait ici qu'il s'agit d'un habitat de niche qui protège des rayons UV et où l'eau est encore disponible pour que la vie microbienne puisse se développer.
Nouvelle approche : analyser les sols profonds du désert d'Atacama avec une analyse spéciale de l'ADN
En revanche, les couches plus profondes des sols désertiques n’ont jusqu’à présent été analysées que dans quelques études. Ils ont donc fait l'objet d'une équipe dirigée par Lucas Horstmann, doctorant, et Daniel Lipus, chercheur postdoctoral, tous deux dans la section Géomicrobiologie du GFZ, et Dirk Wagner, chef de la même section et professeur de géomicrobiologie et géobiologie à l'Université de Potsdam. D'autres collègues venaient de la TU Berlin et de l'Université d'Antofagasta au Chili. Les chercheurs voulaient tester si les sédiments plus profonds du désert hyperaride d’Atacama pourraient également constituer un habitat pour des microbes spécialisés.
L'équipe de recherche a étudié un profil de sol dans la région de Yungay, à environ 60 kilomètres au sud-est d'Antofagasta, pour analyser la diversité microbienne et son interaction avec les propriétés du sol le long d'un profil de profondeur incluant à la fois les sédiments de la playa et les dépôts alluviaux en dessous. , atteignant une profondeur de 4,2 mètres. Pour ce faire, ils ont creusé un profil de sol et prélevé des échantillons de sol tous les 10 centimètres jusqu'à une profondeur de trois mètres, puis tous les 30 centimètres, qui ont été acheminés aux laboratoires du GFZ pour analyse.
Afin de détecter des traces de vie dans les échantillons, les scientifiques ont utilisé une nouvelle technique d'analyse moléculaire de l'ADN, développée par Dirk Wagner et d'autres du GFZ : grâce à une méthode d'extraction spéciale, il est possible de filtrer uniquement l'ADN intracellulaire de un échantillon, c'est-à-dire de l'ADN provenant de cellules intactes et potentiellement actives. Divers produits chimiques, centrifugeuses et filtres sont utilisés à cet effet.
« Cette approche représente une amélioration significative pour les études sur la diversité microbienne dans des environnements extrêmes, car elle exclut efficacement les biais générés par l'ADN des cellules mortes et fournit toujours des données valides même lorsque la limite de détection des autres méthodes a été atteinte en raison de la faible quantité de cellules mortes. biomasse», souligne Wagner.
Découverte d'une communauté microbienne potentiellement viable jusqu'à une profondeur de 4,2 mètres
Grâce à l’extraction de l’ADN intracellulaire et au séquençage ultérieur des gènes des échantillons, les chercheurs ont pu identifier des microbes potentiellement viables jusqu’à une profondeur de 4,2 mètres. Dans les 80 centimètres supérieurs, ils ont principalement trouvé des microbes du phylum Firmicutes, mais leur nombre diminuait avec l'augmentation de la profondeur et donc de la quantité de sels solubles. Les chercheurs soupçonnent que la forte concentration de sel et la rareté croissante de l’eau pourraient également être responsables de l’arrêt de la colonisation microbienne dans la partie inférieure des sédiments de la plage. À cet égard, leurs conclusions sont cohérentes avec des études antérieures.
Cependant, l'équipe de Horstmann et Wagner a de nouveau découvert une communauté microbienne dans les dépôts alluviaux en dessous de deux mètres. Elle est plus diversifiée que la communauté de surface et est probablement complètement isolée de la surface. Il s’agissait principalement de bactéries appartenant au phylum Actinobacteriota, un groupe composé de membres spécialisés que l’on trouve souvent dans les sols secs ou vierges.
Partie supérieure du profil paléo. Crédit : D. Wagner, GFZ
L'existence de ces microbes pourrait être liée à la présence de gypse vésiculaire, qui pourrait constituer une source d'eau alternative en se dissolvant dans l'anhydrite. Les organismes observés dans cette étude appartenaient à espèces qui peuvent utiliser des gaz traces tels que l’hydrogène comme source d’énergie pour utiliser le CO2 comme source de carbone pour leur croissance.
« Ce type de métabolisme, appelé chimiolithoautotrophie, a été suggéré dans d’autres études comme étant important pour les sols hyperarides où la matière organique est extrêmement limitée en tant que source de carbone. Cela pourrait donc également être essentiel pour les niches souterraines isolées étudiées dans cette étude », explique le premier auteur Lucas Horstmann.
Résumé et perspectives : étonnante biodiversité désertique et implications pour la vie extraterrestre
Horstmann conclut : « La découverte de cette communauté souterraine, qui prospère dans les sédiments du cône alluvionnaire à moins de deux mètres de profondeur et présente une diversité et une stabilité écologique étonnantes, remet en question notre compréhension actuelle des écosystèmes désertiques. »
Les auteurs suggèrent que cette communauté aurait pu coloniser le sol il y a déjà 19 000 ans, avant son enfouissement par les dépôts de playa, et émettent l'hypothèse qu'elle pourrait continuer vers le bas sur une distance inconnue, représentant une biosphère profonde jusqu'alors inconnue sous des sols désertiques hyper-arides.
« Étant donné la large répartition des zones arides sur notre planète, la présence de communautés potentiellement fixatrices de carbone dans des sols souterrains jusqu'alors inexplorés a de profondes implications non seulement sur la biodiversité dans les déserts, mais également sur le cycle des éléments à l'échelle mondiale », explique le co-auteur Dirk. Wagner. « Cela indique que l’importance de ces habitats a été sous-estimée jusqu’à présent. Et cela souligne l’importance des habitats souterrains pour une compréhension globale des écosystèmes désertiques à l’avenir.
Les chercheurs soulignent que les résultats de cette étude ont non seulement des implications pour notre planète Terre, mais sont également pertinents pour les discussions en cours sur la recherche de la vie sur d'autres planètes : « La présence de gisements de gypse sur Mars, semblables à ceux trouvés dans les sédiments du cône alluvionnaire, présentent un grand intérêt pour l'astrobiologie. L’association de ces communautés souterraines avec des substrats gypseux dans l’Atacama pourrait fournir une preuve supplémentaire que les dépôts de gypse sur Mars indiquent non seulement la possibilité d’eau liquide dans le passé, mais pourraient également servir de niche habitable pour la vie microbienne dans le présent.
