Genomic and experimental evidence from Antarctic geothermal sites indicates diverse thermophiles are globally cosmopolitan

Pendant des décennies, les scientifiques ont soutenu une vision spécifique de la vie dans la chaleur extrême. Ils pensaient que les organismes microscopiques prospérant dans les sources chaudes bouillonnantes et les sols volcaniques étaient comme des insulaires, piégés dans leurs propres poches de chaleur isolées. Comme ces environnements sont dispersés à travers le globe et séparés par de vastes étendues de terres froides et inhabitables, on supposait que les microbes aimant la chaleur vivant dans ces lieux ne pouvaient pas voyager entre eux. La théorie dominante suggérait que sans la capacité de former des spores robustes et dormantes pour survivre au voyage, ces créatures étaient coincées là où elles avaient commencé, évoluant en isolation. Cette idée était logique : si vous ne pouvez pas survivre au froid, à la sécheresse ou à la lumière ultraviolette intense de l'atmosphère ouverte, vous ne pouvez pas traverser un océan ou un continent pour trouver une nouvelle source chaude.

Cependant, une nouvelle étude remet en question cette croyance de longue date en examinant les points chauds les plus isolés de la Terre : les sols géothermiques entourant les volcans en Antarctique. Ces sites sont entourés de glace et de neige, loin d'autres endroits chauds, ce qui en fait le cas de test parfait pour déterminer si la vie aimant la chaleur est réellement piégée. En examinant les empreintes génétiques des microbes qui y vivent et en testant leur capacité à survivre à des conditions difficiles, les chercheurs ont découvert que beaucoup de ces organismes ne sont pas des résidents locaux du tout. Au contraire, ils semblent être des voyageurs mondiaux, capables de se déplacer à travers le monde et de s'installer dans de nouveaux sols chauds et lointains, défiant l'idée que les amateurs de chaleur extrême sont intrinsèquement bloqués sur place.

L'équipe de recherche, dirigée par des scientifiques de Nouvelle-Zélande et des États-Unis, s'est concentrée sur quatre sites géothermiques spécifiques en Antarctique, dont le célèbre mont Erebus, le volcan actif le plus austral de la planète. Ils ont collecté des échantillons de sol de ces zones chaudes et ont utilisé le séquençage génétique avancé pour reconstruire les génomes des microbes qui y vivent. Ils ont ensuite comparé ces profils génétiques à une base de données mondiale massive d'ADN microbien provenant d'autres environnements chauds à travers le monde. Les résultats ont été surprenants. Ils ont découvert que près des deux tiers des microbes aimant la chaleur de ces sites isolés de l'Antarctique présentaient des correspondances génétiques dans d'autres parties du monde, des sources chaudes des États-Unis aux sols d'Amérique du Sud. Cela suggère que ces organismes ne sont pas uniques à l'Antarctique mais font partie d'une population mondiale étendue qui se déplace entre les continents.

Pour comprendre comment ces minuscules organismes pourraient survivre à un tel voyage à travers l'atmosphère glaciale, sèche et ensoleillée, les chercheurs ont emmené trois de ces microbes de l'Antarctique en laboratoire. Ils ont soumis les cultures à des conditions simulant un voyage dans le ciel : froid extrême, absence totale de nourriture, dessèchement et rayonnement ultraviolet intense. Les résultats ont montré que ces microbes étaient bien plus résistants que prévu. Bien que les rayons ultraviolets aient été le facteur le plus dommageable, tuant de nombreuses cellules, une partie significative de la population a survécu aux conditions de gel et de dessèchement pendant des semaines. Un microbe, un type de Geobacillus, a même été capable de former des spores, qui ont agi comme un bouclier, lui permettant de supporter le rayonnement le plus intense. Les autres, qui ne forment pas de spores, ont tout de même réussi à survivre avec une grande résilience, suggérant qu'ils possèdent leur propre armure biologique, telle que des niveaux élevés de mécanismes de réparation de l'ADN protecteurs ou des pigments qui les protègent du soleil.

L'étude a également examiné comment ces microbes pourraient entrer dans l'air en premier lieu. Les chercheurs ont examiné des carottes de glace forées dans un glacier près du mont Erebus, à la recherche de couches de cendres volcaniques, connues sous le nom de téphras, qui sont déposées lors des éruptions. Ils ont trouvé que ces couches de cendres étaient riches en microbes aimant la chaleur, y compris de nombreux spécimens qui n'étaient pas présents dans la glace environnante. Cela indique que lorsqu'un volcan entre en éruption, il agit comme un ascenseur géant, projetant le sol et les microbes haut dans l'atmosphère où ils peuvent attraper le vent et voyager sur de grandes distances. De plus, l'équipe a collecté des échantillons d'air directement au-dessus des sols chauds du mont Erebus et a constaté que des microbes aimant la chaleur flottaient déjà dans l'air au-dessus du volcan, prêts à être emportés par le vent.

Pour tester la rapidité avec laquelle ces microbes peuvent recoloniser une nouvelle zone, les chercheurs ont également étudié un site à Hawaï qui avait été stérilisé par une coulée de lave il y a seulement quatre ans. Ils ont découvert que les sols chauds là-bas abritaient déjà de nombreux microbes aimant la chaleur, qui étaient génétiquement identiques à des souches trouvées dans d'autres parties du monde. Ce retour rapide de souches mondiales spécifiques à un site fraîchement stérilisé suggère que la dispersion n'est pas un événement rare d'un sur un million, mais une occurrence régulière qui se produit sur une échelle de temps de quelques années. Les microbes arrivés n'étaient pas seulement ceux capables de former des spores ; beaucoup étaient des types ne formant pas de spores, qui avaient voyagé depuis des lieux lointains, probablement à travers l'océan Pacifique.

Les chercheurs ont identifié des traits spécifiques qui semblent aider ces microbes à survivre au voyage. Ils ont découvert que les voyageurs mondiaux avaient tendance à posséder une proportion plus élevée de certains composants chimiques dans leur ADN, ce qui peut aider à protéger contre les dommages causés par la lumière solaire. Ils ont également constaté que beaucoup de ces voyageurs mondiaux possédaient des gènes leur permettant de consommer des gaz traces présents dans l'air, fournissant ainsi une source d'énergie pendant qu'ils dérivaient dans le ciel. De plus, les voyageurs mondiaux étaient plus susceptibles de pouvoir croître dans une gamme plus large de températures, y compris des températures plus fraîches et modérées, ce qui leur permettrait de survivre au voyage froid avant de trouver un nouveau foyer chaud.

Ce travail modifie fondamentalement notre compréhension de la façon dont la vie se propage sur la planète. Il montre que la capacité de vivre dans une chaleur extrême ne signifie pas automatiquement qu'un organisme est coincé dans un endroit. Au contraire, de nombreux microbes aimant la chaleur ont évolué avec les outils nécessaires pour survivre aux conditions difficiles de l'atmosphère, leur permettant de voyager de vastes distances et de coloniser de nouveaux environnements. L'étude suggère que le monde de la vie aimant la chaleur est bien plus connecté qu'on ne le pensait auparavant, les microbes se déplaçant constamment entre les sources chaudes isolées du globe, portés par le vent et les éruptions volcaniques occasionnelles. Bien que l'étude ne prouve pas que chaque microbe aimant la chaleur est un voyageur mondial, elle fournit des preuves solides qu'une partie importante d'entre eux le sont, réécrivant les règles de la dispersion de la vie dans les environnements les plus extrêmes de la Terre.