Les fumeurs noirs à l'origine de toute vie océanique sur Terre ?

[Admin-lane 0]

Une étude qui vient d’être menée laisse entendre que la vie des océans pourrait avoir pour origine les cheminées hydrothermales, ou fumeurs noirs, qui se trouvent dans les profondeurs océaniques.

Proches des dorsales océaniques, en raison de la tectonique des plaques, des sources hydrothermales se forment. On parle de fumeurs. Ces cheminées éjectent des jets brûlants de plus de 350 °C. Ceux-ci peuvent être blancs ou noirs, en fonction du fluide qu’ils éjectent. Les fumeurs noirs contiennent du soufre, du fer et du manganèse.

En 1977, le submersible américain Alvin avait découvert une multitude d’organismes à proximité de ces jets portant brûlants. Une surprise à l’époque où on pensait que la lumière, inexistante à de telles profondeurs, était indispensable à la vie. Les choses ont bien changé depuis puisqu’une étude menée par deux chercheurs envisage même que ces fumeurs noirs pourraient être à l’origine même de la vie océanique.

En effet, les fumeurs mêlent de la roche, de l’eau, un fluide d’un pH supérieur à 7 et riche en hydrogène, tout ce qu’il faut pour favoriser l’apparition de la vie. Nick Lane de l’University College London et William F. Martin de l’université de Düsseldorf (Allemagne) avancent que les premières cellules vivantes sont apparues autour des fumerolles et se sont échappées par la suite pour se développer dans le reste de l’océan, rapporte futura-sciences.

Pour arriver à de telles conclusions, les deux chercheurs ont analysé des bactéries et des archées vivant dans des conditions extrêmes. "Leur biochimie semble émerger des conditions de vie au niveau des fumeurs", explique Nick Lane. Or, pour ce scientifique, la vie serait apparue grâce aux pompes ioniques des cellules, des protéines qui régulent le flux d’ions à travers la membrane cellulaire. Néanmoins, pour que ce flux ionique se fasse, il faut qu’il y ait un gradient, une différence de concentration, entre le milieu extérieur et la cellule.

Nick Lane et Bill Martin pensent ainsi que, lorsque l’eau à pH basique à proximité des cheminées entre en contact avec l’eau plus acide de l’océan, une variation naturelle de la concentration en protons se produit. Avec le sulfure et le fer présents sur les parois des fumeurs, une catalyse peut s’opérer convertissant du dioxyde de carbone et de l’hydrogène en molécules organiques. Ces dernières peuvent ensuite interagir pour donner des molécules essentielles à la vie, notamment des nucléotides et des acides aminés.

Conclusion, ces cellules minérales auraient abrité les premiers signes de vie sur Terre. Elles auraient entraîné des réactions biochimiques de base permettant par la suite aux protocellules de se passer des fumeurs.



Maxisciences 27/12/2012

[Admin-lane 0]

La faune évoluant au niveau des sources hydrothermales est unique en son genre. Les organismes qui se développent autour des "fumeurs noirs" ont en effet appris à s'adapter à des conditions de vie extrêmes : température pouvant atteindre 300°C, eau chargée en éléments métalliques, obscurité, fortes pressions etc. Découvrons, en image quelques-uns de ces écosystèmes méconnus.

un fumeur noir


Riftia pachyptila, un ver tubicole


Riftia pachyptila, un ver tubicole (sous un autre angle)


"crabe yéti", un crabe des grands fonds


crustacés et mollusques se développant au niveau d'une source hydrothermale
Istockphotos - Ifremer, DR  

Un fumeur noir, The Brothers, situé au large de la Nouvelle-Zélande et observé en 2007 par le robot américain Quest 7. La vie abonde autour de ces sources thermales, malgré l’absence de lumière. © NOAA

Futura Sciences 26/12/2012 - Maxisciences Sept 2008

[Admin-lane 0]

A cinq kilomètres sous la mer des caraïbes, les geysers entretiennent des oasis de vie filmées et photographiées pour la première fois. (janvier 2012)


La source hydrothermale a été découverte, à 5000 mètres de profondeur,dans la fosse des Caïmans, entre les îles du même nom et la Jamaïque. University of Southampton


Une expédition scientifique britannique a découvert l’année dernière une nouvelle source hydrothermale à 5.000 mètres de profondeur dans la Fosse des Caïmans, dans la mer des Caraïbes. Il s’agit du plus profond fumeur noir jamais observé, selon les océanographes du Centre national d’océanographie de Southampton (NOC, GB).

Anémones. University of Southampton

Pour le dénicher, les scientifiques ont envoyé un robot Autosub6000 explorer la Fosse des Caïmans, qui s’enfonce à plus de 7.600 mètres entre la Jamaïque et les îles Caïmans. C’est ainsi qu’ils ont découvert les fumées noirs s’échappant des cheminées sous-marines. Ils ont alors utilisé un autre robot, HyBIS, pour filmer le fumeur noir.

Elle a été repérée grâce au robot sous marin Autosub6000. University of Southampton


De cette cheminée des profondeurs jaillit un fluide riche en sulfures et très chaud (autour de 450°c) qui s’élève, dans l’océan, à plus de 1000 mètres. Malgré ces conditions extrêmes, les sources grouillent de milliers de nouvelles espèces de crevettes, d’anémones, de poissons et de gastéropodes. Parmi les nouvelles espèces de crevettes, l’une d’elles a été analysée et baptisée Rimicaris hybisae, du nom du robot qui a exploré la source. Sans yeux, ces crevettes semblent avoir un organe de détection de la lumière sur leur dos, ce qui peut les aider à s’orienter dans ce milieu sombre.

Un autre robot, HyBIS,a été utilisé pour filmer le fumeur noir. University of Southampton


Selon l'étude publiée par la revue Nature Communication, ces crevettes des îles Caïmans sont apparentées à l'espèce Rimicaris exoculata, retrouvée à proximité d’autres sources hydrothermales à des milliers de kilomètres. Les chercheurs se demandent si de telles espèces sont capables de franchir les grandes distances qu’il existe entre deux sources. Ils supposent qu’il existe d’autre fumeurs noirs encore inconnus qui pourraient servir d’étapes entre deux lieux plus éloignés.

Ce dernier rejette un fluide sulfureux à 450°c à près d'un Km de hauteur. University of Southampton

Autour s'est créée une véritable oasis de vie avec des milliers de crevettes pâles agglutinées autour des cheminées du fumeur noir. University of Southampton

Il s'agit d'une nouvelle espèce de crevette a été baptisée par les chercheurs Rimicaris hybisae, d'après le nom du véhicule sous-marin utilisé pour les capturer University of Southampton

La caméra a aussi filmé quelques poissons entre les colonies de crevettes. University of Southampton



SCIENCES ET AVENIR 10/1/2012

[Admin-lane 0]

Pour l’astrobiologiste Michael Russell  la vie est apparue sur les fonds marins, autour des sources hydrothermales. Vieille de 25 ans, sa théorie vient d’être précisée dans une nouvelle publication. Elle décrit notamment comment la serpentinisation a fait apparaître des cellules minérales au milieu d’un flux de protons. D’ailleurs, il est identique à celui que les bactéries ou les mitochondries doivent maintenir pour produire de l’ATP.

Voilà 25 ans, Michael Russell a proposé une nouvelle hypothèse pour répondre à une question majeure : quelle est l’origine de la vie ? Pour cet astrobiologiste du JPL (Jet Propulsion Laboratory), la réponse ne se trouve pas en pleine eau ou dans l’espace, comme certains l’affirment, mais sur les fonds marins. Pour être plus précis, la vie serait apparue au niveau des dorsales, car c’est là que se forment les croûtes océaniques, et donc que se trouvent des sources hydrothermales.

Les véhicules Hercules et Argus inspectant une cheminée haute de plus de 30 mètres à Lost City, au milieu de l'Atlantique nord. University of Washington


Cette hypothèse vient d’être précisée par ce scientifique et deux collaborateurs dans les Philosophical Transactions of the Royal Society B, au point qu’il paraît de plus en plus envisageable de passer au stade de l’expérimentation. Bien sûr, les chercheurs se sont déjà appuyés sur des modèles expérimentaux pour préciser les principes essentiels à leur théorie, qui explique par ailleurs certaines bizarreries. L’exemple de la machinerie cellulaire qui produit l’ATP, notre «carburant», est en ce sens représentatif.

Si l’on simplifie la situation, pour synthétiser cette molécule d’ATP, les bactéries ou les mitochondries des eucaryotes doivent en permanence avoir recours à des «pompes» pour faire sortir des protons (des ions H+) au travers de leurs membranes, pour qu’ils puissent ensuite… entrer de nouveau. Or, l’intérêt est qu’au passage, ils actionnent des turbines (ATP synthétase) qui autorisent la production d'ATP. C’est un peu comme s’il fallait sans cesse remplir un barrage hydroélectrique pour le faire fonctionner. Vu de cette manière, le procédé paraît peu efficace. Alors, pourquoi les cellules qui composent chaque être vivant y ont-elles recours ?

 Représentation schématique du cycle de l'eau donnant naissance aux sources hydrothermales au niveau des dorsales océaniques. Les dorsales parcourent 64.000 km à la surface du globe. Les sources d'eaux chaudes abritent une vie extraordinaire composée d'organismes adaptés à l'absence de lumière et d'oxygène. Clément Perrotte, CNRS

La réponse fournie par Michael Russell est assez simple : parce que c’est comme cela qu’elles ont produit de l’énergie à leur début, mais sans avoir besoin de la phase de pompage. Justement, la théorie des sources hydrothermales permet de l’expliquer. Pour se remettre dans le contexte, il faut plonger quatre milliards d’années en arrière, à l'Hadéen. À cette époque, notre planète était principalement recouverte d’océans présentant un pH de 5,5 (acide), tandis que l’atmosphère était chargée en CO2. De plus, comme maintenant, les plaques tectoniques ne cessaient de se former d’un côté, au niveau des dorsales, pour disparaître côté continent par subduction.

Or, en refroidissant, les nouvelles croûtes océaniques se fissurent, ce qui permet à de l’eau de les pénétrer puis de progressivement se réchauffer en descendant. Des réactions chimiques ont alors lieu entre les roches rencontrées et ce liquide, qui va finir par remonter chargé en méthane (CH4), en hydrogène (H2) et en molybdène. Ce processus est appelé serpentinisation. L’effluent fortement basique (pH de 13) et chaud (100 °C) finit par ressortir dans un océan bien plus froid et plus acide. De nouvelles réactions chimiques se réalisent alors, et se concluent par la précipitation de particules, celles-là même qui forment les fameuses cheminées des sources.

L’astuce, c’est qu’elles s’assemblent de manière à former de petites cellules faites de membranes minérales semi-perméables. Elles sont alors coincées entre les effluents basiques (pauvres en H+) et acides (riches en H+), donc au milieu d’un gradient de pH ou, en d’autres mots, d’un flux de protons. Or, la force et la direction de ce flux seraient comparables à ce qui se rencontre aujourd’hui au sein des cellules biologiques. Par ailleurs, les mêmes réactions pourraient également avoir favorisé la formation de «molécules turbines».

Ainsi, les contenants (membranes minérales) se seraient naturellement formés avant le contenu (ce que contient une cellule, par exemple l’ADN) à la suite du processus géochimique de serpentinisation. La vie pourrait ensuite s’être développée dans ces alcôves en exploitant les ressources disponibles, jusqu’à trouver un moyen de s’en séparer, par exemple en utilisant une membrane biologique équipée de molécules à même de recréer le gradient de protons en tous lieux.

Tout ceci reste théorique, l’expérimentation est donc vivement attendue. Mais l’étude de sources hydrothermales basiques découvertes en 2000 dans l’Atlantique nord, à Lost City, a déjà fourni plusieurs éléments étayant l’hypothèse de Michael Russell.




futura sciences 5/8/2013

[Admin-lane 0]

A plusieurs centaines de mètres de la surface, près des sources hydrothermales, virus et bactéries se livrent une guerre sans merci.

 Une source hydrothermale. NOAA Une source hydrothermale. NOAA / domaine public

Les cheminées hydrothermales sont des sources de fluides très chauds (autour de 250- 300°C) qui jaillissent à travers la croûte océanique, le long des dorsales sous-marines. Au contact de l’eau de mer froide les minéraux forment des cheminées sur ces sources. Depuis leurs découvertes, elles passionnent autant les géologues que les chimistes ou les biologistes, qui y découvrent des formes de vie adaptées à ces milieux extrêmes, y compris des virus et des bactéries. Comme en surface, ces derniers se livrent à une âpre bataille pour récupérer l'énergie fournie par ces oasis de chaleurs perdues dans les profondeurs.

Une cheminée hydrothermale dans l'océan Atlantique (en anglais blacksmorker, fumeur noir). Photo P. Rona NOAA / domaine public

"Nos résultats suggèrent que les virus près des sources hydrothermales accèdent indirectement à l'énergie disponible représentée par le soufre" explique Gregory Dick, de l'Université du Michigan. Pour l'obtenir ces virus se comportent comme des pirates : ils infectent les cellules bactériennes pour obtenir leur butin, constitué de petits globules de soufre élémentaire. Mais au lieu de prendre la fuite avec le produit de leur larcin, les virus forcent les bactéries à brûler leurs réserves de soufre, puis ils utilisent l'énergie ainsi obtenue pour se reproduire.

 Coupe cheminée hydrothermale. Savant fou cc by-sa3.0

Pour mettre au jour ce mécanisme, les chercheurs ont séquencé le génome de 18 bactériophages (virus qui infectent les bactéries) présents dans le panache de cheminées hydrothermales du Pacifique Ouest et du Golfe de Californie et qui infectent un groupe de bactéries marines appelé SUP05. Les chercheurs ont trouvé que 15 de ces 18 génomes viraux contenaient des gènes associés à une enzyme bactérienne qui oxyde le soufre. Ces génomes viraux pourraient compléter ou soutenir le métabolisme des bactéries qu'ils infectent, leur permettant de dégrader le soufre plus efficacement pour obtenir un gain d'énergie.


 Carte des systèmes hydrothermaux répertoriés par le NOAA / domaine public - Légende des couleurs : . d'arcs volcaniques - . de dorsales - . de bassins arrière-arcs - . de points chauds


De même que les virus présents dans le plancton de surface ont hérité de gènes pour la photosynthèse issus des cyanobactéries, les virus des cheminées hydrothermales ont sans doute récupéré ces gènes d’oxydation du soufre de bactéries environnantes, dans le passé. Cette découverte suggère que les bactériophages, jouent un rôle clé dans le cycle du soufre sur Terre.

Des bactéries thermophiles isolées des fluides. Ces organismes se nourrissent d'hydrogène et de soufre. Elles fixent leur carbone à partir de dioxyde de carbone. NOAA / domaine public

    

Sciences et avenir 6/5/2014