Des recherches menées par l’Université de Stanford révèlent que la vie peut persister dans des environnements extrêmement salés, une découverte importante pour comprendre l’habitabilité de notre système solaire et les effets de la salinité sur les écosystèmes terrestres. Crédit : Issues.fr.com
Une étude de Stanford sur les microbes présents dans de l’eau extrêmement salée suggère que la vie pourrait survivre à des conditions auparavant considérées comme inhabitables. La recherche élargit les possibilités de trouver la vie dans tout notre système solaire et montre comment les changements de salinité peuvent affecter la vie dans les habitats aquatiques de la Terre.
De nouvelles recherches menées par des scientifiques de l’Université de Stanford prédisent que la vie peut persister dans des environnements extrêmement salés, au-delà de la limite que l’on croyait possible auparavant.
L’étude, publiée le 22 décembre dans Avancées scientifiques, est basé sur l’analyse de l’activité métabolique de milliers de cellules individuelles trouvées dans les saumures d’étangs industriels de la côte sud de la Californie, où l’eau est évaporée de l’eau de mer pour récolter le sel. Les résultats élargissent notre compréhension de l’espace habitable potentiel dans tout notre système solaire et des conséquences possibles d’une augmentation de la salinité de certains habitats aquatiques terrestres en raison de la sécheresse et du détournement de l’eau.
La recherche de la vie extraterrestre
« Nous ne pouvons pas regarder partout, nous devons donc être vraiment réfléchis sur où et comment nous essayons de trouver de la vie sur d’autres planètes », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Anne Dekas, professeur adjoint de science du système terrestre à la Stanford Doerr School of Sustainability. . « Disposer d’autant d’informations que possible sur l’endroit et la manière dont la vie survit dans des environnements extrêmes sur Terre nous permet de prioriser les cibles des missions de détection de vie ailleurs et augmente nos chances de succès. »
L’équipe de recherche Oceans Across Space and Time a collecté de la saumure dans les salines de South Bay lors d’une première visite sur le terrain en 2019. Crédit : Anne Dekas
Les scientifiques intéressés à détecter la vie au-delà de la Terre étudient depuis longtemps les environnements salés, sachant que l’eau liquide est nécessaire à la vie et que le sel permet à l’eau de rester liquide dans une plage de températures plus large. Le sel peut également préserver les signes de vie, comme les cornichons en saumure. « Nous pensons que les endroits salés sont de bons candidats pour trouver des signes de vie passée ou présente », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Emily Paris, doctorante en science du système terrestre qui fait partie du Dekas Lab. « Le sel pourrait être précisément ce qui rend une autre planète habitable, même s’il constitue également un inhibiteur de la vie en forte concentration sur Terre. »
« Disposer d’autant d’informations que possible sur l’endroit et la manière dont la vie survit dans des environnements extrêmes sur Terre nous permet de prioriser les cibles des missions de détection de vie ailleurs et augmente nos chances de succès. »
— Anne Dekas, professeure adjointe de sciences du système terrestre
La nouvelle recherche fait partie d’une vaste collaboration appelée Oceans Across Space and Time, dirigée par Britney Schmidt, professeur à l’Université Cornell, et financée par NASALe programme d’astrobiologie de , qui rassemble des microbiologistes, des géochimistes et des planétologues. Leur objectif : comprendre comment les mondes océaniques et la vie co-évoluent pour produire des signes détectables de vie, passée ou présente. Comprendre les conditions qui rendent un monde océanique habitable et développer de meilleurs moyens de détecter les signaux d’activité biologique sont des étapes vers la prédiction des endroits où la vie pourrait être trouvée ailleurs dans le système solaire.
Impact des changements de salinité sur Terre
Paris estime que nous devrions également réfléchir à l’impact des changements de salinité sur les écosystèmes ici sur Terre. Par exemple, la baisse des niveaux d’eau dans le Grand Lac Salé de l’Utah a provoqué une augmentation de la salinité qui pourrait affecter la vie tout au long de la chaîne alimentaire.
« Au-delà d’une perspective de détection de la vie, comprendre l’impact de la salinité est important pour la conservation et la durabilité sur Terre », a déclaré Paris. « Notre recherche montre comment l’augmentation de la salinité modifie la composition de la communauté microbienne et les taux de métabolisme microbien. Ces facteurs peuvent avoir un impact sur le cycle des nutriments, ainsi que sur la vie des crustacés et des insectes, qui sont des sources de nourriture essentielles pour les oiseaux migrateurs et autres animaux aquatiques.
Les co-auteurs principaux de l’étude, Emily Paris et Nestor Arandia-Gorostidi, préparent des incubations de saumure provenant de South Bay Salt Works. Crédit : Anne Dekas
À la découverte de la vie dans les eaux les plus salées de la planète
Les voyageurs survolant des étangs salés comme ceux des salines de South Bay – où des échantillons pour cette étude ont été collectés – ou le long de la baie de San Francisco peuvent apercevoir un kaléidoscope de certains des microbes les plus chaleureux de la Terre brillant d’un vert fluo, d’un rouge rouille, d’un rose et d’un orange. La mosaïque de couleurs reflète l’éventail de microbes aquatiques adaptés pour survivre à différents niveaux de salinité, ou ce que les scientifiques appellent « l’activité de l’eau » – la quantité d’eau disponible pour les réactions biologiques qui permettent aux microbes de se développer.
« Nous sommes curieux de savoir à quel moment l’activité de l’eau devient trop faible, la salinité devient trop élevée et où la vie microbienne ne peut plus survivre », a déclaré Paris. L’eau de mer a un niveau d’activité de l’eau d’environ 0,98, contre 1 pour l’eau pure. La plupart des microbes arrêtent de se diviser en dessous d’une activité de l’eau de 0,9, et le niveau d’activité de l’eau le plus bas absolu signalé pour soutenir la division cellulaire en laboratoire est légèrement supérieur à 0,63.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont prédit une nouvelle limite de vie. Ils estiment que la vie pourrait être active à des niveaux aussi bas que 0,54.
Les scientifiques de Stanford se sont associés à des collègues de tout le pays pour collecter des échantillons dans les salines de South Bay, qui abritent certaines des eaux les plus salées de la planète. Ils ont rempli des centaines de bouteilles avec de la saumure provenant d’étangs de différents niveaux de salinité dans les salines, puis les ont ramenées à Stanford pour analyse.
Les bouteilles de saumure sont incubées dans une chambre à température et lumière contrôlées dans le laboratoire avant que les scientifiques n’analysent les activités des microbes à l’intérieur. Crédit : Anne Dekas
Trouver la vie plus rapidement
Des études antérieures recherchant la limite d’activité de l’eau pour la vie ont utilisé des cultures pures pour rechercher le point auquel la division cellulaire s’arrête, marquant le point final de la vie. Mais dans ces conditions extrêmes, la vie double douloureusement et lentement. Si les chercheurs s’appuient sur la division cellulaire pour tester le moment où la vie cesse, ils sont confrontés à des années d’expériences en laboratoire qui ne sont pas pratiques pour des étudiants diplômés comme Paris. Même lorsqu’elles sont menées, les études sur la division cellulaire n’indiquent pas quand la vie meurt ; en effet, les cellules peuvent être métaboliquement actives et encore très vivantes, même lorsqu’elles ne se répliquent pas.
Paris et Dekas ont donc étudié les microbes des étangs salés en plein air pour identifier une autre limite de la vie : la limite de l’activité cellulaire.
L’équipe de recherche a apporté trois améliorations clés aux recherches précédentes. Premièrement, au lieu d’utiliser des cultures pures, qui constituent la meilleure estimation standard d’un scientifique pour déterminer quel type de culture espèces ou la souche de microbe sera la plus résiliente, ils se sont tournés vers un véritable écosystème. Dans les salines, l’environnement sélectionne naturellement une communauté complexe d’organismes les mieux adaptés à ces conditions particulières.
Deuxièmement, les chercheurs ont utilisé une définition plus flexible de la vie. Ils considéraient non seulement la division cellulaire, mais aussi la construction cellulaire comme un signe de vie. « C’est un peu comme observer un être humain en train de manger un repas ou de grandir. C’est un signe de vie active et un précurseur nécessaire de la réplication, mais beaucoup plus rapide à observer », a déclaré Dekas.
Dans des centaines d’échantillons de saumure – dont certains étaient si salés qu’ils étaient épais comme du sirop – ils ont identifié le niveau d’activité de l’eau et la quantité éventuelle de carbone et d’azote incorporés dans les cellules trouvées dans les saumures. Grâce à cette approche, ils ont pu détecter le moment où une cellule augmentait sa biomasse d’à peine la moitié de 1 %. En revanche, les méthodes conventionnelles axées sur la division cellulaire ne peuvent détecter l’activité biologique qu’après que les cellules ont à peu près doublé leur biomasse. Ensuite, en se basant sur la façon dont ce processus ralentissait à mesure que l’activité de l’eau diminuait, les scientifiques ont prédit que la coupure s’arrêterait complètement.
Troisièmement, alors que d’autres scientifiques ont mesuré l’incorporation de carbone et d’azote dans les saumures à un niveau global, l’équipe de Stanford a mené une analyse cellule par cellule avec un instrument rare à Stanford appelé nanoSIMS – l’un des rares dans le pays. Cette technique sensible leur a permis d’observer l’activité de cellules individuelles au milieu d’autres cellules « marinées » dont la présence obscurcirait le signal d’activité dans une analyse globale et d’atteindre leur faible limite de détection.
« L’analyse de l’activité unicellulaire d’échantillons environnementaux est encore assez rare », a déclaré Dekas. « C’était la clé de notre analyse ici, et à mesure qu’elle sera appliquée plus largement, je pense que nous verrons des progrès en écologie microbienne qui seront largement pertinents, de la compréhension du climat mondial à la santé humaine. Nous commençons tout juste à comprendre le monde microbien au niveau unicellulaire.
Anne Dekas est également professeure adjointe par courtoisie d’océans et de sciences de la Terre et des planètes. La recherche est soutenue par le projet Oceans Across Space and Time de la NASA, dirigé par l’Université Cornell, et par la Fondation Simons par le biais d’un prix de chercheur en début de carrière décerné à Dekas.
