Immense diversité et interdépendance dans les communautés de micro-organismes des eaux profondes à haute température
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université d’État de Portland et de l’Université du Wisconsin révèle qu’une riche diversité de micro-organismes vit dans des communautés interdépendantes dans des environnements géothermiques à haute température en haute mer. L’étude, publiée dans la revue Microbiote, était dirigée par Anna-Louise Reysenbach, professeur de biologie à PSU. Emily St. John, qui a obtenu une maîtrise en écologie microbienne de PSU, a également contribué de manière significative à l’étude, avec des chercheurs de l’Université du Wisconsin.
Lorsque le fluide de 350 à 400 degrés Celsius sortant de la croûte terrestre par les évents hydrothermaux en haute mer se mélange à l’eau de mer, il crée de grandes roches poreuses souvent appelées «cheminées» ou dépôts hydrothermaux. Ces cheminées sont colonisées par des microbes qui se développent dans des environnements à haute température. Pendant des décennies, Reysenbach a collecté des cheminées d’évents hydrothermaux en haute mer à travers les océans du monde, et son laboratoire utilise des techniques d’empreintes génétiques et de culture pour étudier la diversité microbienne des communautés associées à ces roches.
Dans cette nouvelle étude, Reysenbach et l’équipe ont pu tirer parti des avancées des techniques de biologie moléculaire pour séquencer l’intégralité des génomes des microbes de ces communautés afin d’en savoir plus sur leur diversité et leurs écosystèmes interconnectés.
L’équipe a construit les génomes de 3 635 bactéries et archées de 40 communautés rocheuses différentes. La quantité de diversité était stupéfiante et élargit considérablement ce que l’on sait sur le nombre de types différents de bactéries et d’archées. Les chercheurs ont découvert au moins 500 nouveaux genres (le niveau d’organisation taxonomique au-dessus des espèces) et ont des preuves de deux nouveaux embranchements (cinq niveaux à partir des espèces). « Phyla est très haut dans le classement taxonomique, donc c’est vraiment cool », déclare Reysenbach.
L’équipe a également trouvé des preuves de points chauds de diversité microbienne. Des échantillons du volcan en haute mer Brothers situé près de la Nouvelle-Zélande, par exemple, ont été particulièrement enrichis de différents types de micro-organismes, dont beaucoup sont endémiques au volcan.
« Cette biodiversité était tellement énorme, hors des charts », dit Reysenbach. « Sur un volcan, il y avait tellement de nouvelles diversités que nous n’avions jamais vues ailleurs auparavant. » Cette découverte peut suggérer que la complexité accrue des roches souterraines d’un volcan les rend plus susceptibles d’abriter diverses espèces microbiennes par rapport aux évents hydrothermaux en haute mer.
En plus de trouver une quantité époustouflante de biodiversité de micro-organismes dans ces écosystèmes à haute température, les données génomiques de cette étude ont également montré que bon nombre de ces organismes dépendent les uns des autres pour leur survie. En analysant les génomes, les chercheurs ont découvert que certains micro-organismes ne peuvent pas métaboliser tous les nutriments dont ils ont besoin pour survivre, ils dépendent donc des nutriments créés par d’autres espèces dans un processus connu sous le nom de « transfert métabolique ».
« En examinant ces génomes, nous avons vraiment mieux compris ce que font beaucoup de ces micro-organismes et comment ils interagissent », déclare Reysenbach. « Ils sont communautaires, ils partagent la nourriture les uns avec les autres. »
Cette étude a inspiré une nouvelle phase de recherche pour Reysenbach : acquérir une compréhension approfondie des interactions entre ces micro-organismes des grands fonds marins. « Pour moi, la partie la plus excitante est que je veux vraiment pouvoir développer ces choses en laboratoire », déclare Reysenbach. « Je veux pouvoir voir [a microorganism] sous un microscope et comprendre s’il a besoin de quelqu’un d’autre pour vivre. »