La biodiversité intra-terrestre : un univers encore à découvrir ?

 Le 10 décembre 2018, dans un article publié sur le site Internet du « Deep Carbon Observatory », la communauté scientifique internationale rassemblant plus de 1000 chercheurs issus de 52 pays présentait certains résultats de ce programme, mis en place en 2009, avec pour objectif de mieux comprendre les origines, les formes, les quantités et les mouvements du carbone à l’intérieur de la Terre.

Intitulé de manière curieuse « La vie dans les profondeurs de la Terre totalise entre 15 et 23 milliards de tonnes de carbone – des centaines de fois plus que les humains » [1], le texte comporte d’ailleurs autant de questions que de résultats, illustrant le fait que ces travaux internationaux n’en sont qu’à leur début, tant les connaissances sur les possibilités de vie sous terre restent encore très fragmentaires.

De premières évaluations planétaires de cette partie de la biosphère

Le consortium scientifique multidisciplinaire impliqué dans ce programme comprend des géologues, des chimistes, des physiciens et des biologistes, ce qui a permis des avancées conjointes dans ces disciplines et de présenter plusieurs découvertes importantes. Parmi elles se trouvent des premières évaluations sur la nature et la biomasse des êtres vivants colonisant ce qui se trouve sous nos pieds, quelquefois à plusieurs kilomètres, dans des conditions souvent extrêmes de pression, de température et de faible disponibilité en sources d’énergie.

Les chiffres de biomasse annoncés dans le titre sont issus de modèles d’écosystèmes ayant utilisé des informations provenant, selon l’article, de centaines de sites sous les continents et les mers, avec des forages dans les fonds marins et des échantillonnages de microbes provenant de mines et de forages continentaux de plus de 5 km de profondeur.

Ces calculs ont également permis d’évaluer un volume de cette biosphère intra terrestre ou biosphère profonde (« deep biosphere »), soit 2 à 2,3 milliards de kilomètres cubes, presque le double du volume de tous les océans.

De multiples découvertes

L’article liste diverses découvertes, dont :

• La biosphère profonde comprend des organismes appartenant aux trois domaines de la vie : des bactéries ; des archées (microbes sans noyau lié à la membrane) et des eucaryotes (organismes unicellulaires ou multicellulaires avec cellules contenant un noyau et des organites liées à la membrane, comprenant toutes les communautés de flore et de faune jusqu’aux mammifères).
• Les bactéries et les archées dominent cette biosphère sous forme de millions de taxons distincts, la plupart restant à découvrir ou à caractériser. Appelées archéobactéries jusqu’à la fin des années 1970 car considérées seulement comme des bactéries extrêmophiles[2] particulières, les archées sont maintenant classées dans un domaine différent de celui des bactéries à la suite de nouveaux acquis en matière de recherches génétiques. Bien que subsistent encore quelques contestations, ce nouveau classement est accepté par la plupart des chercheurs de ce domaine. Selon les résultats du programme, environ 70 % des bactéries et des archées de la Terre vivraient dans le sous-sol.
• Bactéries et archées souterraines seraient très différentes de leurs cousines de surface, avec des cycles de vie sur des échelles de temps pouvant être très longues.
• La diversité génétique de la vie sous la surface serait comparable ou supérieure à celle en surface.
• Bien que les communautés microbiennes souterraines diffèrent considérablement d’un environnement à l’autre, certains genres et groupes taxonomiques supérieurs sont présents sur l’ensemble de la planète.
• Les limites absolues de la vie sur Terre en termes de température, de pression et de disponibilité en énergie ne sont pas encore établies. Les valeurs record sont régulièrement dépassées. Par exemple, en ce qui concerne la température, Geogemma barossii, une archée présente dans les cheminées hydrothermales des fonds océaniques peut survivre et se développer jusqu’à 121 degrés Celsius.La profondeur record à laquelle la vie a été retrouvée est d’environ 5 km dans le sous-sol continental et de 10,5 km dans les océans. Dans le second cas, à cette profondeur la pression est plus de 1 000 fois supérieure à celle du niveau de l’océan…
• Les recherches menées permettent de mieux comprendre le fonctionnement de cette biosphère dans les zones souterraines manipulées par les humains, par exemple dans les schistes fracturés ou dans les sites de stockage du carbone. C’est ainsi que des injections expérimentales profondes de gaz carbonique à des fins de stockage souterrain peuvent déclencher des réactions des organismes présents conduisant à un encrassement du puits d’injection et du réservoir environnant… [Voir l’article “High reactivity of deep biota under anthropogenic CO2 injection into basalt” – Nature Communications volume 8, Article number: 1063 (2017)]

Ces importants acquis scientifiques ont été permis par les récentes évolutions en matière d’analyses génétiques (précision sans cesse croissante et coût en forte baisse du séquençage de l’ADN), associées aux avancées technologiques dans les technologies de forage en eaux profondes et en zones continentales utilisant des dispositifs d’échantillonnage pouvant conserver les conditions de vie des organismes prélevés.

De nombreuses énigmes encore à élucider

L’article se termine par un exposé des principales énigmes concernant cette biosphère intra terrestre.

La première de ces énigmes concerne l’origine de la vie sur Terre : a-t-elle commencé sous terre, dans la croûte terrestre, près de sources hydrothermales, …, puis a-t-elle migré vers la surface, vers le soleil ? Ou, au contraire, a-t-elle commencé dans des milieux aquatiques littoraux pour s’enfouir ensuite ? Comment ces organismes souterrains se reproduisent-ils ou vivent-ils dans des conditions environnementales difficiles durant de très longues périodes ?

D’autres portent sur la dispersion de ces communautés : comment la vie se propage-elle à travers les fissures dans les roches ? Vers le haut, le bas ? Comment une vie profonde peut-elle être aussi semblable en Afrique du Sud et dans l’État de Washington; au nord-ouest des Etats Unis ? Ces organismes ont-ils des origines similaires et ont-ils été séparés par la tectonique des plaques, par exemple ? Les communautés elles-mêmes se déplacent-elles ? Quels rôles les grands événements géologiques (tels que la tectonique des plaques, les tremblements de terre, etc.) jouent-ils dans ces mouvements ?

D’autres encore ont trait aux sources d’énergie nécessaire à ces communautés : quelles sont-elles ? Méthane, hydrogène, radiations naturelles ? Quelles sources d’énergie profonde sont les plus importantes dans différents contextes ? Comment l’absence de nutriments, et les températures et pressions extrêmes, ont-ils un impact sur la distribution et la diversité de la vie dans le sous-sol ?

Ainsi, force est de constater que nos connaissances sur la biosphère de notre Terre sont encore largement incomplètes, qu’en dehors des parties de la planète que nous avons explorées, partiellement étudiées et souvent fortement modifiées, nous restons encore très ignorants de la diversité, de certaines fonctionnalités et fragilités de la vie qui nous environne : pouvons-nous continuer à développer nos activités partout où nos capacités technologiques sans cesse croissantes nous le permettent, sans nous soucier de leurs conséquences possibles ?

Alain Dutartre, 7 janvier 2019

Pour en savoir plus (en langue anglaise) :

L’article original se termine par des commentaires de quelques chercheurs et chercheuses du sous-programme « Recensement de la vie en profondeur » de cet observatoire et par des liens vers plusieurs des articles publiés dans ce cadre. A l’adresse https://deepcarbon.net/tag/census-deep-life sont répertoriés tous les articles de ce sous-programme.

N.B. : ces informations ont fait l’objet de relais dans d’autres médias, dont The Guardian…

[1] « Life in Deep Earth Totals 15 to 23 Billion Tonnes of Carbon—Hundreds of Times More than Humans »

[2] « extrêmophile » : se dit d’un organisme aux conditions de vie normales mortelles pour la plupart des autres organismes (par exemple températures supérieures à 100 °C, pressions exceptionnelles, milieux très chargés en sel, ou très acides ou hyperalcalins, radioactifs, anoxiques ou non-éclairés…). Beaucoup d’extrêmophiles sont  des bactéries ou des archées.