Les microbes vivant dans les sources chaudes aux couleurs vives du parc national de Yellowstone utilisent principalement l'hydrogène comme carburant, une découverte de l'Université du Colorado à Boulder, selon les chercheurs, augure bien de la vie dans des environnements extrêmes sur d'autres planètes et pourrait contribuer à la compréhension des bactéries à l'intérieur du corps humain.
Une équipe de biologistes CU-Boulder dirigée par le professeur Norman Pace, l'un des plus grands experts mondiaux de l'évolution moléculaire et de la microbiologie, a publié cette semaine son rapport «Hydrogène et bioénergétique dans le système géothermique de Yellowstone» dans l'édition en ligne des Actes du National Académie des sciences.
Les découvertes de l’équipe, basées sur plusieurs années de recherche dans le parc, réfutent l’idée populaire selon laquelle le soufre est la principale source d’énergie des minuscules organismes vivant dans des éléments thermiques.
"Ce fut une surprise de constater que l'hydrogène était la principale source d'énergie pour les microbes dans les sources chaudes", a déclaré Pace. «Ce projet est également intéressant dans le contexte de la microbiologie, car c'est l'une des rares fois où nous avons pu étudier les microbes pour obtenir des informations sur un écosystème entier. Cela n’a jamais été possible auparavant. "
L'étude a été spécialement conçue pour déterminer la principale source d'énergie métabolique qui anime les communautés microbiennes dans les caractéristiques du parc avec des températures supérieures à 158 degrés Fahrenheit. La photosynthèse n'est pas connue pour se produire au-dessus de cette température.
Une combinaison de trois indices différents a conduit les chercheurs à conclure que l'hydrogène était la principale source d'énergie. L'analyse génétique des variétés de microbes vivant dans les communautés de sources chaudes a révélé qu'ils préfèrent tous l'hydrogène comme source d'énergie. Ils ont également observé du H2 omniprésent dans toutes les sources chaudes à des concentrations suffisantes pour la bioénergétique microbienne. Des modèles thermodynamiques basés sur des données de terrain ont confirmé que le métabolisme de l'hydrogène était la source de combustible la plus probable dans ces environnements.
"Ce travail présente des questions associées intéressantes", a déclaré John Spear, auteur principal du rapport. «L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'univers. S'il y a de la vie ailleurs, il se pourrait que l'hydrogène soit son carburant », a déclaré Spear. "Nous avons vu des preuves de présence d'eau sur Mars, et nous savons que sur Terre, l'hydrogène peut être produit biogénétiquement par photosynthèse et fermentation ou non biogénétiquement par l'eau réagissant avec la roche ferrifère. Il est possible que des processus non biogéniques produisent de l'hydrogène sur Mars et qu'une forme de vie microbienne puisse l'utiliser », a-t-il déclaré.
Selon Spear, il existe de nombreux exemples de bactéries vivant dans des environnements extrêmes - y compris le corps humain - utilisant l'hydrogène comme carburant. "Des études récentes ont montré que les bactéries Helicobacter pylori, qui causent des ulcères, vivent de l'hydrogène à l'intérieur de l'estomac", a déclaré Spear. «La salmonelle métabolise l'hydrogène dans l'intestin. Cela me fait me demander combien de types de microbes différents métabolisent l'hydrogène dans des environnements extrêmes. »
Au lieu de s'appuyer sur des techniques traditionnelles de microbiologie qui utilisent des cultures cultivées en laboratoire, l'équipe CU-Boulder a utilisé la méthodologie développée par Pace pour analyser génétiquement la composition de la communauté microbienne telle qu'elle est apparue sur le terrain. "Nous n'avons pas regardé ce qui pousse dans une boîte de culture, nous avons examiné l'ARN des échantillons directement sur le terrain", a déclaré Spear.
"Nous n’avons jamais connu ce que les microbes vivaient dans les sources chaudes de Yellowstone, et maintenant nous le savons", a déclaré Pace.
Une nouvelle série d'instruments a été utilisée pour recueillir des données, dont certaines n'avaient jamais été collectées auparavant. «Personne n'avait auparavant mesuré la concentration d'hydrogène dans les sources chaudes parce que la technologie n'existait pas il y a environ sept ans. Maintenant, nous pouvons détecter de très faibles concentrations d'hydrogène dans l'eau », a expliqué Spear.
"Nous avons trouvé beaucoup d'hydrogène dans les sources chaudes - un approvisionnement sans fin pour les bactéries", a-t-il déclaré. Des mesures de la quantité de H2 dans l'eau ont été enregistrées dans les sources chaudes, les ruisseaux et les évents géothermiques de Yellowstone dans différentes parties du parc et pendant différentes saisons. Tous les environnements avaient des concentrations appropriées pour le métabolisme énergétique.
L'équipe a utilisé des modèles thermodynamiques générés par ordinateur pour savoir si l'hydrogène était bien la principale source d'énergie. "Vous pouvez sentir le sulfure dans l'air à Yellowstone, et l'idée acceptée était que le soufre était la source d'énergie pour la vie dans les sources chaudes", a déclaré Spear. Ce n'est pas le cas, selon les modèles informatiques de l'équipe basés sur des mesures sur le terrain de l'hydrogène, du sulfure, de la concentration en oxygène dissous et d'autres facteurs.
Spear a dit qu'il était difficile d'explorer un écosystème microbien. «Nous avons assez de mal à expliquer ce qui se passe dans une forêt, par exemple, avec tous les systèmes d'entrelacement. Nous ne pouvons même pas voir un système microbien. "
L'extraction d'échantillons était une opération dangereuse et délicate. Afin d'analyser avec précision toute la communauté microbienne d'une source chaude, Spear avait besoin de collecter à peu près autant de matière qu'une gomme à crayon. Les échantillons de sédiments ont été prélevés dans des flacons d'échantillons spéciaux et immédiatement congelés dans des conteneurs d'azote liquide pour préserver la communauté microbienne.
Dans les sources où il n'y avait pas de sédiments, Spear a recueilli des échantillons d'organismes planctoniques en accrochant une lame de verre dans l'eau et en permettant aux microbes de s'accumuler. «Les bactéries sont comme nous. Ils aiment être ensemble, ils aiment être attachés à une surface et ils aiment qu'on leur apporte leur nourriture - l'hydrogène dissous, dans ce cas-ci. »
Spear a expliqué que les couleurs des sources chaudes sont le résultat des interactions entre les minéraux et les microbes vivant dans les piscines. L'eau plus chaude montre généralement des couleurs de minéraux, et l'eau plus froide abrite des pigments photosynthétiques.
"Sur la base de ce que j'ai vu dans cette analyse, je pense que l'hydrogène conduit probablement beaucoup de vie dans de nombreux environnements", a déclaré Spear. "Cela fait partie de la spéculation, mais étant donné le nombre et les types de bactéries qui métabolisent l'hydrogène, c'est probablement une forme de métabolisme très ancienne.
C'est important car cela nous raconte l'histoire de la vie sur Terre », a-t-il déclaré. «Et si cela fonctionne de cette façon sur Terre, cela risque de se produire ailleurs. Lorsque vous regardez les étoiles, il y a beaucoup d'hydrogène dans l'univers. »
Source d'origine: communiqué de presse UCB
