Les microbes en Antarctique survivent à l'hiver glacial et sombre en vivant de l'air

(LMENAFN- The Conversation) L’hiver en Antarctique est long et sombre. Les températures restent bien en dessous de zéro. Dans de nombreux endroits, le soleil se couche en avril et ne se lève plus au-dessus de l’horizon jusqu’en août. Sans lumière du soleil, la vie photosynthétique comme les plantes, les mousses et les algues ne peut pas produire d’énergie.

Mais cela ne signifie pas que toute vie s’arrête.

Dans une nouvelle étude publiée dans The ISME Journal, mes collègues et moi montrons que les microbes antarctiques produisent de l’énergie à partir de l’air à des températures aussi basses que –20°C. Cette découverte améliore notre compréhension de la façon dont la vie survit aux extrêmes de température en Antarctique – et de la manière dont le changement climatique affectera ce processus important.

Comment produire de l’énergie à partir de l’air

En 2017, des scientifiques ont montré qu’un grand nombre de microbes antarctiques peuvent générer de l’énergie à partir de gaz atmosphériques présents à très faible concentration.

Ce processus s’appelle « aerotrophie ». En utilisant des enzymes très finement ajustées pour « renifler » l’hydrogène et le monoxyde de carbone dans l’atmosphère, ces microbes ont trouvé un moyen de produire de l’énergie directement à partir de l’air – un avantage considérable dans les sols désertiques pauvres en nutriments de l’Antarctique.

Ce qui restait inconnu jusqu’à présent, c’était la limite de température de ce processus. L’aerotrophie pourrait-elle être un moyen d’alimenter les communautés du sol du continent pendant l’hiver ?

Descendre dans le sud avec le laboratoire

Mesurer la vitesse à laquelle ces microbes consomment une si petite quantité de carburant peut être difficile.

De 2022 à 2024, nous avons collecté des échantillons de sol de surface dans différentes régions de l’Est de l’Antarctique et les avons analysés dans notre laboratoire.

Nous avons mesuré leur capacité à utiliser rapidement les gaz atmosphériques. Nous avons également extrait tout l’ADN des microbes du sol et l’avons séquencé. Cela nous indique quels microbes sont présents, quels gènes ils possèdent et ce qu’ils peuvent utiliser comme sources d’énergie.

Nous avons montré que l’aerotrophie se produit en laboratoire à des températures représentatives de l’été (4°C) et de l’hiver (–20°C). Cela signifie que l’hydrogène et le monoxyde de carbone sont une source de nourriture viable non seulement pendant l’été, mais toute l’année. Ce qui est encore plus surprenant, c’est la limite supérieure de température.

Les températures du sol en Antarctique dépassent rarement 20°C. Pourtant, nous avons trouvé des microbes dans ces sols qui continuaient à produire de l’énergie à partir de l’hydrogène jusqu’à un étonnant 75°C. Il semble que les microbes dans les sols antarctiques soient bien adaptés aux températures froides du continent, mais pas limités à celles-ci. C’est un peu comme voir un pingouin prospérer dans une jungle tropicale.

Nous voulions aussi voir si ce processus se produisait réellement en Antarctique, alors il y a deux ans, nous avons ramené le laboratoire dans le sud. Nous avons collecté des échantillons de sol frais, les avons scellés dans des flacons en verre, et pris des échantillons de gaz.

Pour la première fois, il était clair que dans des conditions réelles, ces microbes du sol continuaient à consommer de l’hydrogène.

Les producteurs primaires de l’Antarctique

Le séquençage de l’ADN nous a montré que la grande majorité des microbes dans les sols antarctiques possèdent les gènes pour tirer de l’énergie de l’hydrogène. Beaucoup de ces bactéries ont aussi des gènes pour capter le carbone de l’atmosphère.

Ces aerotrophes sont des « producteurs primaires », générant de la nouvelle biomasse directement à partir de l’air.

Dans la plupart des écosystèmes terrestres, la photosynthèse est considérée comme la base de la chaîne alimentaire. La photosynthèse utilise l’énergie de la lumière du soleil et le carbone de l’atmosphère pour produire des composés organiques nutritifs.

C’est ce qui fait pousser les plantes. Les plantes sont des producteurs primaires qui sont consommés par des herbivores, eux-mêmes mangés par des carnivores.

Dans les sols désertiques de l’Antarctique, la photosynthèse est relativement rare. À la place, nous supposons que l’aerotrophie joue le rôle de producteur primaire dans de nombreux endroits.

Cela a du sens car, contrairement à la photosynthèse dépendante de la lumière, nous savons maintenant que l’aerotrophie peut se produire toute l’année. Un autre avantage est qu’elle ne nécessite pas d’eau liquide, contrairement à la photosynthèse.

L’hydrogène dans un monde en chauffage

L’aerotrophie joue clairement un rôle important dans les écosystèmes antarctiques. Nous voulions donc déterminer comment le réchauffement climatique pourrait influencer ce processus.

Selon les scénarios de faibles émissions, nous prévoyons une augmentation de 4 % de la vitesse à laquelle l’aerotrophie utilise l’hydrogène atmosphérique. Dans les scénarios de très fortes émissions, cette augmentation atteint 35 %. Les chiffres sont similaires pour le monoxyde de carbone.

Bien que l’hydrogène ne soit pas un gaz à effet de serre en soi, il est important car il influence la durée de présence de certains gaz à effet de serre, notamment le méthane, dans l’atmosphère.

Les sols (y compris les microbes qui y vivent) sont responsables de 82 % de l’hydrogène consommé sur Terre à l’échelle mondiale. En d’autres termes, ils constituent un puits d’hydrogène. C’est un élément crucial du cycle mondial de l’hydrogène.

De nombreux facteurs déterminent la réponse des micro-organismes au changement climatique. La température n’en est qu’un. Cette étude est une pièce importante du puzzle alors que les scientifiques cherchent à comprendre la résilience des écosystèmes microbiennes uniques de l’Antarctique.