Les sources hydrothermales à l'origine du vivant ?

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En Nouvelle-Calédonie, le site hydrothermal de la baie de Prony, situé par moins de 50 m de profondeur près de Nouméa, est un formidable observatoire naturel qui permet de mieux comprendre les origines du vivant. On y trouve des bactéries capables d'utiliser le méthane et l'hydrogène dans un milieu alcalin, chaud mais pas trop. Les chercheurs commencent à isoler des espèces pour mieux comprendre cet écosystème extrême.

 La baie de Prony, dans le lagon sud de la Nouvelle-Calédonie. On y trouve un site exceptionnel, connu des plongeurs et protégé, où des « fumeurs noirs » émettent des fluides alcalins. Dans ce milieu très pauvre en oxygène prospère une flore bactérienne très particulière. R. Price

Des sources hydrothermales d’exception, connues depuis des dizaines d’années, sont étudiées depuis peu dans la baie de Prony, au sud de la Nouvelle-Calédonie. Cet écosystème marin sensible et très fragile a été reconnu par l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN) dans le cadre de l’inscription au patrimoine mondial des récifs et lagons de Nouvelle-Calédonie. En 2011, la campagne océanographique Hydroprony a été lancée, financée par l’Institut de recherche pour le développement (IRD) et une équipe de scientifiques issus de différents laboratoires français (IRD Nouméa, Institut Méditerranéen d’Océanologie (MIO), Geosciences Environment Toulouse et Institut de Physique du Globe de Paris). Cela a permis de débuter un vaste projet visant à étudier l’ensemble du système hydrothermal de Prony de manière multidisciplinaire en associant la géochimie, la minéralogie et la biologie.

Contrairement aux sources hydrothermales, plus connues sous le nom de « fumeurs noirs » et qui émettent des fluides chauds (avoisinant 350 °C) et acides (pH faible inférieur à 3) au niveau des dorsales océaniques, les sources sous-marines de Prony, situées à moins de 50 m de profondeur dans le lagon, libèrent des fluides alcalins (pH élevé supérieur à 11) très peu salés avec des températures plus modérées (inférieures à 40 °C). (Voir l'article publié dans Géoscience (en anglais).)


Ces fluides précipitent au contact de l’eau de mer et forment des cheminées carbonatées pouvant atteindre plusieurs mètres de haut. L'exemple emblématique, une merveille naturelle, est l'Aiguille de Prony, un site privilégié des plongeurs sous-marins. Ce type d’hydrothermalisme original n’avait été observé et étudié qu’à Lost City, découvert en 2000 à 800 m de profondeur à proximité de la dorsale medio-atlantique par des équipes américaines. À Prony, comme à Lost City, les fluides alcalins sont anoxiques (pauvres en oxygène) et contiennent des quantités élevées d’hydrogène produit lors de l'hydratation des roches du manteau terrestre : un processus abiotique dénommé « serpentinisation ». L’hydrogène produit réagit ensuite avec le dioxyde de carbone (gaz carbonique) environnant pour générer du méthane et d’autres molécules organiques comme les alcanes.

 Ces cheminées hydrothermales du massif dit l’Aiguille de Prony, sont situées à 20 m de profondeur. Le site est protégé par arrêté de la province sud pour sa valeur patrimoniale. Les  structures sont formées de carbonates et d’hydroxydes de magnésium qui émettent un fluide alcalin (pH supérieur à 11) anoxique et riche en hydrogène et en méthane. R. Price

Depuis une dizaine d’années, les sources hydrothermales alcalines suscitent un intérêt croissant de la part de la communauté scientifique car leur contexte géochimique particulier aurait pu être favorable à l’émergence de la vie sur la Terre primitive il y a quelque 3 milliards d’années et potentiellement sur d’autres planètes telles que Mars. Le site de Prony, idéalement situé à faible profondeur, à la transition entre les compartiments terrestres et marins, constitue donc un observatoire naturel facilement accessible pour mieux comprendre les processus biotiques et abiotiques qui auraient pu conduire à la première cellule vivante.

Les micro-organismes vivent en abondance au cœur des cheminées hydrothermales en contact direct avec les fluides alcalins et les carbonates, allant jusqu’à former d’importants biofilms. Plus d’une centaine d’espèces ont déjà été répertoriées à l’aide d’approches moléculaires basées sur le séquençage de gènes marqueurs. Notre récente étude (publiée dans Environmental Microbiology Reports (en anglais).) révèle également que leur abondance et leur diversité varient en fonction de la profondeur, de la localisation et de la structure des cheminées.

Actuellement, il s'agit de rechercher les principaux groupes trophiques microbiens, qui sont en liaison directe avec la géochimie de ces écosystèmes (production d’hydrogène et méthane notamment), pour mieux appréhender les mécanismes d’adaptation en condition extrême (pH alcalin) et leur rôle dans l’édification des cheminées. Des capteurs sont actuellement en place sur trois sources de la baie de Prony pour mesurer à long terme la température des fluides émis par les cheminées et il est également prévu d’y placer des incubateurs in situ pour identifier les processus de colonisation microbienne de ces cheminées au cours du temps.

 Petites cheminées carbonatées sur le platier rocheux du Bain des Japonais émettant des bulles de gaz (H2, CH4, N2) et du fluide à pH 11 et 42 °C. Barre d’échelle, 10 cm. R. Hocdé

Au cœur des cheminées, les micro-organismes n’ont accès qu’à des niveaux très faibles d’oxygène et de lumière et l’on peut supposer qu’ils manifestent essentiellement un métabolisme anaérobie (c'est-à-dire en l'absence d’oxygène) basé sur l’utilisation et la production de l’hydrogène et du méthane. Nous tentons de reproduire en laboratoire les conditions favorables au développement des micro-organismes indigènes. Plusieurs bactéries alcalophiles (donc ayant, par définition, un pH optimum de croissance entre 8 et 11,5) ont déjà été isolées de ces sources par les chercheurs de notre équipe. Parmi elles, on notera l’isolement de la première bactérie alcalophile associée aux fluides alcalins de Prony, Alkaliphilus hydrothermalis.

Comme pour la plupart des écosystèmes étudiés sur terre, la majorité des micro-organismes détectés sur ce site reste encore incultivée, ce qui augure des découvertes originales à faire par les microbiologistes de l’IRD et d’autres institutions françaises travaillant sur cet écosystème extrême. L’isolement de micro-organismes utilisant le méthane en absence d’oxygène constitue un défi majeur pour l'équipe, mais également pour la communauté scientifique internationale, dans la mesure où ces organismes pourraient être les premiers colonisateurs de la Terre primitive.


Futura Sciences 7/1/2015 par Marianne Quéméneur, Anne Postec et Gaël Erauso (MIO UMR 7294 Aix-Marseille Université, CNRS, IRD, Université de Toulon au sein de l'OSU Pythéas).

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Des chercheurs de l'Université de Southampton ont identifié les sources hydrothermales dans la mer profonde des Caraïbes qui ne ressemblent à aucune trouvées avant.

 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

Au cœur de la fosse des Caïmans, à l’ouest de la mer des Caraïbes, le Von Damm Vent Field (VDVF) est une zone regroupant plusieurs dizaines de cheminées hydrothermales, ces structures qui rejettent sous la mer de l’eau chaude et des tas de minéraux dissous, situées à 2 300 mètres de profondeur. Le VDVF est située dans la région qui accueille le plus profond fumeur connu, à près de 5 000 mètres de profondeur. C’est dans cette région que les chercheurs de l’université de Southampton viennent de découvrir un nouveau type de cheminée, constituée de talc (silicate de magnésium) au lieu d’autres minéraux sulfurés plus habituels.

 Carte bathymétrique de du Von Damm Vent Field. NOCS

"Ce site d’évents abrite une faune semblable à celle trouvée au niveau de la dorsale médio-Atlantique mais les minéraux et la chimie y sont différents de toutes les autres cheminées connues", explique Matthew Hodgkinson, principal auteur d’une publication sur le sujet parue dans la revue Nature Communications. Les sources hydrothermales apparaissent habituellement dans les zones où les plaques tectoniques s’écartent. A ce niveau, l’eau de mer s’infiltre sous les planchers océaniques où elle est réchauffée par le magma et d’où elle ressort ensuite par les cheminées, chargée de minéraux dissous.

 Champ de cheminées hydrothermales et biotes chimiosynthétiques les plus profonds des fonds marins du monde. ( a)  Pointe de sulfure au VDVF,  profondeur de 2300 m, couvert par une agrégation de crevettes alvinocaridid​​. ( b ) Event fluide et crevettes alvinocaridid ​​au VDVF. ( c ) Haute température d'aération au BVF, profondeur 4960 m. ( d ) les structures de diffuseurs sont à l'origine des ornementations des  cheminées de sulfures à la BVF. (Photos) Douglas P. Connelly, Jonathan T. Copley, Kate Stansfield, Paul A. Tyler & et al / Nature Communications

Les chercheurs ont noté que le VDVF émet un flux de chaleur très important d’environ 500 mégawatts. C’est beaucoup plus que prévu compte tenu du fait que cette zone est située loin d’une grande collection magmatique, sur les pentes d’une montagne sous-marine et non au niveau d’une séparation entre deux plaques. Le positionnement inhabituel de ce nouveau champ de ventilation suggère que d'autres structures semblables ailleurs dans le monde peuvent avoir été négligées. "Si plusieurs de ces sites insolites existent, ils pourraient être d'importants contributeurs à l'échange de produits chimiques et de chaleur entre l'intérieur de la Terre et les océans et pourraient fausser les évaluations de l’impact hydrothermal sur les océans", conclut le scientifique.

 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

Source / Auteur(s) :  Connelly, D. P. et al. Hydrothermal vent fields and chemosynthetic biota on the world's deepest seafloor spreading centre. Nat. Commun. 3:620 doi: 10.1038/ncomms1636 (2012).



Sciences et avenir 6/1/2015