Le champ géothermal de Dallol, aux frontières physico-chimiques de la vie
Publié par Isabelle le 07/11/2019 à 14:00
Source: CNRS INEE
Le champ géothermal de Dallol, dans le désert du sel du Danakil, en Ethiopie, abrite des environnements multi-extrêmes uniques sur Terre. Une étude interdisciplinaire menée par des chercheurs de l'équipe Diversité, Ecologie et Evolution Microbiennes (DEEM) issue de l'unité d'Ecologie, Systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé sur des principes divers. Elle ne doit pas être confondue avec la...) et Evolution (ESE - CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Paris-Sud/Paris-Saclay, AgroParisTech) à Orsay et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) de Minéralogie, de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la nature ;...) de Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) et de Cosmochimie à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...), en partenariat avec des collaborateurs espagnols, et publiée dans Nature Ecology and Evolution montre que, en dépit d'une grande diversité d'archées halophiles minuscules vivant aux abords du site, la vie (La vie est le nom donné :) microbienne est absente des mares hypersalées, chaudes et hyperacides du dôme () de Dallol et des lacs hypersalés magnésiens qui l'entourent. Toutefois, des précipités minéraux arrondis dans ces systèmes stériles peuvent être injustement confondus avec des microorganismes par leur morphologie et leur taille. Cette étude montre que la seule présence d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) d'une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) ne suffit pas à conclure sur son habitabilité.


Mares hyperacides et hypersalés du dôme géothermal de Dallol. Des analyses interdisciplinaires concluent que la vie ne se développe pas dans ces systèmes multi-extrêmes, même si des archées très variées sont présentes dans les alentours. © Purificación López-García

Sur le fond de la dépression du Danakil, au nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) du rift (Un rift est une zone où la lithosphère continentale est en extension, ce qui provoque son affaissement (graben), une zone de volcanisme et une importante sédimentation continentale. L'expression morphologique de cette extension est...) Est-Africain, se dresse le dôme de Dallol. Toute la région, l'une des plus chaudes de la planète (la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude,...) dépasse facilement les 45°C en hiver), subit une intense activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des structures géologiques d'échelle kilométrique et plus...), sismique et volcanique. Dallol a l'allure d'un volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et l'empilement de matériaux issus de la montée d'un magma sous forme de lave et de tephras tels que...) de sel avec une forte activité de dégazage et une activité hydrothermale à son sommet. Le dôme de Dallol et ses environs présentent des combinaisons uniques de paramètres physico-chimiques:

- des eaux hypersalées (réservoirs d'une grotte dans les canyons de sel à l'ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).), le lac (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume soit suffisant pour provoquer une stratification, une zonation, ou une régionalisation...) Assalé au sud)

- des saumures acides hypersalées riches en magnésium (lacs Jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) et Noir au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) du dôme)

- eaux hypersalées, hyperacides (des pH légèrement négatifs) et chaudes (entre 30 et 108°C) des mares du dôme de Dallol.

Si des microorganismes halophiles, acidophiles et hyperthermophiles, souvent des archées, sont bien connus, est-ce que des microorganismes adaptés simultanément à la combinaison (Une combinaison peut être :) de ces conditions existent ?

Dans une étude publiée dans Nature Ecology and Evolution, des chercheurs de l'équipe Diversité, Ecologie et Evolution Microbiennes (DEEM) au sein de l'unité d'Ecologie, Systématique et Evolution (ESE - CNRS, Université Paris-Sud/Paris-Saclay, AgroParisTech) à Orsay et de l'Institut de Minéralogie, de Physique de Matériaux et de Cosmochimie à Paris en partenariat avec des collaborateurs espagnols explorent cette possibilité en analysant une grande collection d'échantillons collectés le long des gradients de conditions multi-extrêmes et en étudiant la présence potentielle de vie et de ses signatures. Cela se fait à travers une série d'approches interdisciplinaires qui incluent le séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des composants d'une macromolécule (les acides aminés d'une...) massif (Le mot massif peut être employé comme :) de gènes marqueurs d'identité microbienne, la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup de...), la cytométrie en flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un...), des analyses chimiques des saumures et la microscopie électronique à balayage (La microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM pour Scanning Electron Microscopy en anglais) est une technique de microscopie basée sur le principe des interactions...) couplée à l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ; elle...) chimique. Les résultats suggèrent de manière convergente qu'il n'y a pas de vie dans plusieurs endroits, même si la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se propagent pas à la...) par le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à...) ou par l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est...) (les visiteurs du site sont de plus en plus nombreux) est intense: ni dans les mares hyperacides et hypersalées du dôme de Dallol, ni dans les saumures magnésiennes des lacs Jaune et Noir. La présence d'eau liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) à la surface d'une planète est souvent considérée comme un critère d'habitabilité. Cette étude suggère cependant qu'il y a des endroits stériles à la surface de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) en présence d'eau liquide, probablement à cause de l'effet chaotropique (désorganisant) des sels magnésiens.

Toutefois, les auteurs détectent de la vie microbienne très diverse dans les systèmes hypersalés à proximité de Dallol (grotte dans les canyons de sel, la plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique plane, avec des pentes relativement faibles. Elle se trouve à basse...) de sel à la base du dôme) et dans le Lac Assalé ou Karum. La vie y est largement dominée par des archées minuscules (cellules de taille 200-300 nm) qui s'affilient à des lignages halophiles connus mais aussi à une incroyable variété de lignées, y compris des nouveaux groupes, sans représentants halophiles connus.

Certaines de ces petites cellules peuvent être confondues aves des nanoprécipités minéraux qui sont présents dans les saumures stériles de Dallol. L'imagerie chimique montre que ces biomorphes abiotiques sont riches en silice (La silice est constituée de dioxyde de silicium, un composé chimique qui entre dans la composition de nombreux minéraux ; sa formule est SiO2.). Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) soulignent combien il est difficile de différencier de vraies biosignatures par rapport à des artefacts minéraux, en particulier pour des morphologies simples et des structures très petites.

Les lignées microbiennes détectées aux abords de Dallol se distribuent largement dans l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent...) des archées et se sont probablement adaptées de manière indépendantes aux fortes salinités à partir d'ancêtres non-halophiles. La mise en culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) de ces archées et l'étude de leurs (méta)génomes fourniront une information précieuse sur leurs adaptations moléculaires et leurs modes de vie.

Légende du visuel: Mares hyperacides et hypersalés du dôme géothermal de Dallol. Des analyses interdisciplinaires concluent que la vie ne se développe pas dans ces systèmes multi-extrêmes, même si des archées très variées sont présentes dans les alentours.

Référence publication:
Hyperdiverse archaea near life limits at the polyextreme geothermal Dallol area. Belilla J, Moreira D, Jardillier L, Reboul G, Benzerara K, López-García JM, Bertolino P, López-Archilla AI, López-García P. Nat Ecol Evol. 2019 Nov;3(11):1552-1561. doi: 10.1038/s41559-019-1005-0.

Contacts chercheuses:

- Purificación López García
Chercheuse en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...) évolutive - Equipe Diversité, Ecologie et Evolution Microbiennes (DEEM) - Laboratoire d'Ecologie, Systématique et Evolution (ESE - CNRS, Université Paris-Sud/Paris-Saclay, AgroParisTech)
puri.lopez at u-psud.fr

- Sandrine Fontaine
Responsable communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) - Laboratoire Ecologie, Systématique et Evolution (ESE - CNRS, Université Paris-Sud/Paris-Saclay, AgroParisTech)
sandrine.fontaine at u-psud.fr

- Béatrice Albert
Communication - Laboratoire d'Ecologie, Systématique et Evolution (ESE - CNRS, Université Paris-Sud/Paris-Saclay, AgroParisTech)
beatrice.albert at u-psud.fr
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