Bioastronomie - La faculté d'adaptation - Slime et protée : amateurs de vieilles pierres (IV)

 

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La faculté d'adaptation

Slime et protée : amateurs de vieilles pierres (IV)

L’écorce terrestre est également un milieu propice au développement de la vie. Nous savions déjà que le substrat de nos champs contenait des millions de bactéries au mètre carré mais cette découverte étonna tous les scientifiques.

Dans les années 1990, les géologues et les biologistes ont en effet découvert des bactéries vivant jusqu’à plusieurs kilomètres de profondeur dans les interstices, les fractures et les pores des roches continentales terrestres. Ces colonies à l'aspect visqueux baptisées “Slime” (qui signifie également vase, substance visqueuse en anglais) se nourrissent de pierres ! Certaines variétés comme la slime physarum est constituée de cellules géantes contenant des milliers de nuclei.

A gauche et au centre le protée découvert en Slovénie. A droite une variété de slime physarum. C'est une variété de slime similaire, accompagnée de cyanobactéries, qui colorent les berges du fameux lac du Grand Prismatic Spring et de Mammoth Hot Spring dans le parc national de Yellowstone. Documents Arne Hodalic et U.Berkeley.

Il y a quelques années, en Slovénie, des chercheurs ont également découvert le protée (Proteus anguinus), un batracien ressemblant à une salamandre cavernicole, dépigmenté et muni d’une grande gueule plate. Avec ses allures de petit diable blanc et aveugle, ses pattes antérieures graciles et sa collerette externe de branchies, sa découverte avait effrayé la population locale et certainement mis mal à l’aise bien des téléspectateurs émotifs. Mais ce petit animal est capable de jeûner 2 ans et pourrait, semble-t-il, vivre 100 ans... En fait il a dû s’adapter à cet environnement voici quelque 30 millions d’années suite à un événement géologique qui englouti son biotope. Le protée ne pourrait pas vivre ailleurs et est parfaitement adapté à ce milieu a priori inhospitalier. Depuis cette découverte les chercheurs sont parvenus à créer une nouvelle espèce de protée dont les yeux sont fonctionnels.

Vivre dans les nuages

Nous savons que les bouquetins ou les condors peuvent vivre à très haute altitude dans des région où l'air est jusqu'à 30% moins riche en oxygène et les sols semi-désertiques. L'homme parvient pour sa part après une longue adaptation à travailler en bordure du lac Titi-Caca situé à 3812m d'altitude et atteint avec difficulté le sommet de l'Everest à 8846m où il préfère écourter son séjour en raison de la raréfaction de l'air et du froid intense qu'il y règne.

Par ailleurs il y a peu sinon aucun avantage à vivre à de telles altitudes. Disposant de moitié moins d'oxygène, les populations du lac Titi-Caca ont vu leur sang se gorger d'hémoglobine pour assurer un meilleur transport de l'oxygène à travers l'organisme. Plus haut les sols sont complètement dénudés et asséchés par le climat d'altitude. Ces phénomènes alliés au froid, à la raréfaction de la végétation et de la faune, rendent ces régions Andines mais également les montagnes Rocheuses, Himalayennes ou Alpines très inhospitalières.

Si Sir Hillary pouvait avoir les cheveux aux vents sur le Toit du Monde en raison de la proximité du jet stream Himalayen, on peut se demander si des bactéries emportées par les vents ne pourraient pas survivre dans les nuages qui viennent s'accrocher à de telles altitudes ou évoluent encore plus haut.

Sattler-Birgitt a découvert au sommet du Mont Sonnblick culminant à 3106m dans les Alpes autrichiennes des bactéries similaires aux Pseudomonas syringuae qui pourraient participer à la formation des carbonyles et à la cristallisation de l'eau. Document UIBKNimbus et Redpav-fpolar.

En l'an 2000, Birgitt Sattler de l'Université d'Innsbruck en Autriche a découvert des bactéries vivant et se multipliant dans les nuages. En fait c'est en analysant des gouttelettes d'eau récoltées au sommet du Mont Sonnblick dans les Alpes autrichiennes que les chercheurs ont découvert ces étonnantes bactéries encore non-identifiées. Les échantillons récoltés contenaient jusqu'à 1500 bactéries par millilitre d'eau et se présentaient sous deux formes : des bâtonnets et de longs filaments. 

On ignore aujourd'hui quel peut-être leur rôle dans la biosphère. Mais nous savons que la haute atmosphère contient des composés oxygénés appelés carbonyles qui, lorsqu'ils sont exposés à la lumière participent à la fabrication de l'ozone atmosphérique. Or selon Daniel Jacob de l'Université d'Harvard ces molécules se dissocient rapidement et ne peuvent pas vivre suffisamment longtemps pour être portées par les vents du sol jusqu'aux nuages où elles agissent. La question qui se pose est de savoir si les bactéries découvertes par Sattler ne pourraient pas les fabriquer sur place ?

Car on pense déjà depuis 1998, grâce aux recherches de l'écossais Tim Lenton que des bactéries contenues dans l'atmosphère pourraient servir de noyaux de condensation à l'eau, assurant la formation de petits cristaux de glace. On sait par ailleurs que les bactéries terrestres Pseudomonas syringuae participent à la cristallisation de l'eau très froide (on les connaît aussi pour provoquer des maladies chez les tomates). Si leur proche parents vivent dans les nuages, cela relance l'idée d'inséminer les atmosphères de Mars ou de Vénus afin de leur rendre vie ou d'envisager sérieusement une forme de vie dans les atmosphères des planètes géantes dépourvues de surface solide.

L'Harmattan tueur de corail

Cette hypothèse s'est trouvée renforcée en 2002 par des recherches effectuées par le microbiologiste américain Dale Griffin de l'USGS. On s'est demandé longtemps pourquoi les coraux des Caraïbes blanchissaient et mouraient sans raison apparente, le milieu étant en parfait équilibre. 

Après avoir effectué des analyses sous-marines et atmosphériques on a trouvé semble-t-il une corrélation entre cette mortalité et les grandes tempêtes de sable Saharienne. Ainsi en 1983 l'Harmattan d'Afrique occidentale souffla sur l'océan atlantique nord de grandes quantité de sable se chiffrant en milliards de tonnes. Peu de temps après on observa la mort subite des oursins diadème sur l'île de la Barbade. En 1989 une nouvelle tempête de sable visible sur les images satellites fut associée au blanchiment du corail aux Antilles. Ces phénomènes se répètent régulièrement.

Les analyses microscopiques ont révélé que les grains de sable africains emportés par les vents contenaient plus de 200 bactéries et près de 100 champignons indigènes différents ! Occasionnellement ces microbes pathogènes peuvent traverser l'atlantique et empoisonneraient ainsi les écosystèmes à plus de 7000 km de distance ! C'est en tous cas une bonne théorie pouvant expliquer comment des champignons africains se sont retrouvés aux îles Vierges et se sont attaqués au corail.

A lire : Coral Mortality and African Dust

Sachant qu'un grain de sable de 1 gr contient 1 million d'organismes, une grande tempête de sable comme celle de 1989 renferma des milliards de milliards de milliards d'individus mortels pour les écosystèmes les plus fragiles. Même la perte de 90% de cette population en cours de route (par manque de nourriture, en raison du froid, des rayons UV, etc) laisserait suffisamment de germes pathogène dans l'atmosphère pour détruire tout un écosystème en quelques mois.

Les bactéries comme variable météorologique

Parallèlement à cette étude Parisa Ariya, chimiste de l'atmosphère à l'Université McGill au Canada, a également découvert que ces micro-organismes étaient présents par milliards dans l'atmosphère et jusqu'à plus de 60 km d'altitude. En tant que météorologiste elle s'est demandé si ces bactéries ne jouaient pas un rôle dans le climat. Jusqu'à aujourd'hui en effet on a sous-estimé le rôle des bactéries en météorologie, or elles sont présentes dans toute l'atmosphère y compris dans les nuages. Comme on l'a vu, elles peuvent donc servir de noyaux de condensation et participer activement à la formation des nuages et des précipitations. Les chercheurs canadiens effectuent actuellement des études pour incorporer ces micro-organismes dans les modèles climatiques. Peut-être finalement ces bactéries y jouent-elles un rôle prédominant : elles influencent peut-être la dissémination des maladies, la formation des nuages, voir carrément le climat. Si leur présence permet d'affiner les prévisions météos, la preuve sera apportée.

Sans oxygène et sans atmosphère

Parmi les astrophysiciens défendant la vie extraterrestre, feu Carl Sagan et Edwin Salpeter de l'université de Cornell se fondèrent sur les critères submentionnés pour étudier les effets sur la vie des conditions sévères que l'on connaît sur d'autres mondes. Leurs études ont confirmé que la vie peut parfaitement subsister dans une atmosphère très hostile. Des exobiologistes ont montré que des micro-organismes et même certaines variétés de cactus peuvent vivre dans une atmosphère comme celle de Mars, à de très basses températures et virtuellement privés d'oxygène et d'eau. On découvrit même un streptocoque sur l'une des caméras de la sonde Surveyor 3 laissée sur la Lune et récupéré par les astronautes d’Apollo XII : il avait survécu pendant deux ans aux rigueurs lunaires, irradié par les ultraviolets et bombardés de rayons cosmiques énergiques. 

Mais il existe un cas encore plus extrême. Selon des journalistes on aurait récupéré sur une mouche emprisonnée dans de l'ambre fossilisée quelques microbes âgés de plusieurs millions d'années. Mis en incubation dans un milieu de culture il paraît qu'ils auraient été réanimés... comme si en réalité ils n'avaient subit qu'une très longue hibernation mais en milieu clos. A vérifier.

Mais sans oxygène, même sans atmosphère et placées dans le vide, certaines plantes peuvent produire leur propre atmosphère, tandis que certaines algues marines, les laminères, sont en mesure d'accumuler leur propre réserve d'oxygène entre les cellules distendues de leur organisme, pendant que d'autres accumulent le gaz carbonique. 

Certaines araignées aquatiques telle l'argyronète ou araignée scaphandrier stocke l'oxygène vital dans d'énormes bulles d'air qu'elle maintient dans sa toile sous la surface de l'eau. L'homme n'a pas inventé le bathyscaphe ! Cliquer ici pour lancer une séquence Real Audio (.RAM de 45 Kb) sur l'argyronète préparée par TeleQuebec. D'autres insectes emportent leur réserve d'air sur le dos, tels les hémiptères ou les dytiques.

D'autre part, s'il est vrai que sans oxygène libre la vie est généralement impossible, il est des êtres qui peuvent s'en passer : les bactéries anaérobies. Ainsi la levure de bière trouve en l'absence totale d'oxygène l'énergie nécessaire à sa survie dans la fermentation alcoolique qu'elle provoque par oxydo-réduction.

L'argyronète près de sa bulle d'air. Document Tegenarius

Paradoxe de l'évolution, l'oxygène fut un gaz mortel le jour où la nature le produisit à partir de la photosynthèse des algues et de l'activité microbienne des stromatolites dans la mer primitive. Aujourd'hui, il le reste encore et joue un rôle désinfectant, germicide quand il dégage son gaz dans l'eau oxygénée ou l'eau de Javel. Mais les organismes ont trouvé une parade géniale pour l'utiliser dans une fonction essentielle : la respiration. 

A malin, malin et demi. L'oxygène a la propriété de séparer les composés organiques, libérant les atomes individuels des gaz organiques ou des hydrocarbures. Pour ne pas être détruit par l'oxygène, la vie dû s'adapter. Soit elle se résignait à combattre ce gaz, soit elle trouvait une parade pour l'utiliser, le consommer. L'oxygène fut donc utilisé par les processus métaboliques.

Des levures prêtes à assurer la fermentation de la bière ou de la pâte à pain. Doc NASA.

Aujourd’hui encore toutes les cellules ne sont pas autonomes. Les cellules modernes se divisent en deux familles : les autotrophes qui se suffisent à elles-mêmes et trouvent dans la matière inorganique et le rayonnement solaire toute la matière nutritive dont elles ont besoin. Elles rassemblent les algues bleues, les algues vertes, les bactéries photosynthétiques pourpres et les plantes; les cellules hétérotrophes rassemblent toutes les autres cellules.  

La plupart des bactéries et des animaux sont incapables de synthétiser les substances nécessaires à leur métabolisme à partir de la matière inorganique. Ils doivent donc vivre en collaboration avec un organisme qui leur fournira l’énergie à partir de l’oxydation du glucose par exemple.

Des algues Macrocystis au large de San Diego. Document Ifremer.

On voit donc que la conquête essentielle de l'évolution des êtres vivants fut la capacité de dégager de l'énergie et de l'exploiter dans les échanges moléculaires. Le processus de la respiration transforme l'oxygène à des fins énergétiques pour les besoins des cellules (en particulier le travail musculaire) et rejette de l'eau et du gaz carbonique. Cette transformation dépend du milieu dans lequel l'oxygène se trouve et doit être dissout pour arriver jusqu'aux cellules (de l'air vers le sang chez l'homme). Pour l'utiliser, les organismes ont développé des organites spécialisées comme les branchies ou les poumons et un réseau sanguin d'alimentation. De nombreux cas intermédiaires existent dans la nature : les hémoglobines, la diffusion chez la méduse, les trachées des araignées ou des chenilles, les intestins des poissons d'Amazonie ou la surface de la peau du ver de terre.

Etant donné que la chimie organique implique que le processus devait se faire à basse température pour éviter de détruire ses composants, les enzymes eurent pour fonction d'activer les molécules mises en présence. Ainsi face à du sucre (glucose), dont le potentiel énergétique est important, en présence d'oxygène les enzymes des mitochondries déclenchent les réactions fondamentales de la respiration. 

 Photosynthèse

Energie   +   nCO2  +  H2   ® (CH20)n  +  O2

L'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique (sucre). Le "déchet" de la réaction est l'oxygène libre. 

Respiration

(CH20)n   +   O2  ®  nCO2  +  H2  +  Energie

   Dans la réaction inverse, le sucre (CH20)n est brûlé en libérant du CO2

Du poisson à l'homme en passant par le ver de terre, aujourd'hui nous sommes tous avides d'oxygène et ne pourrions pas nous en passer. Nous sommes la preuve vivante de l'évolution darwinienne. Notre peau respire : entièrement peinturluré nous mourions asphyxié. De même pour le rayonnement ultraviolet. Mortel pour tous les organismes car il casse les liaisons moléculaires, la vie a néanmoins survécu. Comment cela s'est-il passé ?

Dans les pages et dossiers précédents, nous avons expliqué qu'elle était, a posteriori, la composition originelle de l'atmosphère de la Terre. A partir de la composition actuelle de l'atmosphère, nous pouvons en déduire qu'elle fut son évolution antérieure. Aujourd'hui le rayonnement ultraviolet est peu intense car la Terre est protégée par la couche d'ozone. Sans ce filtre protecteur, les seules parades sont des boucliers de protection externes, comme la carapace, ou internes, comme le bronzage et la pigmentation de la couche carnée. Mais il s'agit de protections apparues très tardivement dans l'évolution. Antérieurement, si la couche d'ozone n'existait pas, il n'y avait donc que deux alternatives : soit la vie s'adapta à sa présence, soit la vie n'apparut qu'une fois la couche d'ozone mise en place. La première solution s'élimine d'elle-même puisqu'au cours de l'évolution, il n'y a trace d'aucune forme de vie, aussi complexe ou rudimentaire soit-elle qui puisse subsister en sa présence : le rayonnement ultraviolet stérilise toujours les organismes. L'évolution fit donc en sorte que le monde soit climatiquement habitable avant de donner son feu vert à la vie. Celle-ci n'eut plus grand mal à se développer ensuite à partir des composés ammoniaqués et hydrogénés.

Il faut dès lors reconnaître que l'éventail des niches biologiques terrestres relance le débat de la vie sur une planète où l'oxygène n'existe pas, où le rayonnement ultraviolet est modéré. On ne peut plus avancer l'idée que la vie n'existe pas dans ces conditions. La plupart des astres peuvent donc abriter une quelconque forme de vie et nous avons expliqué à propos de la contamination extraterrestre que Jupiter ou Mars peuvent convenir. Titan, Europe ou Io cache peut-être des formes de vie extrêmes. La vie n'existe peut-être pas au sol, mais dans les profondeurs de leur écorce ou dans des régions préservées de leur atmosphère dans le cas de Jupiter.

Finalement, par leur abondance et leurs facultés d’adaptation, les bactéries ne sont-elles pas plus représentatives du monde vivant que notre orgueilleuse espèce humaine vieille d’à peine quelques millions d’années...?

Prochain chapitre

Rouge sang dites-vous ?



24/11/2007
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