Les interactions minéraux-microbes jouent un rôle important dans les processus géologiques et environnementaux

Dans un article publié dans Examen scientifique national, une équipe de scientifiques résument de manière critique les avancées majeures dans les interactions minéraux-microbes, y compris les mécanismes moléculaires des interactions et les manifestations macroscopiques de ces interactions à travers le temps. Les défis majeurs et les futures opportunités de recherche sont identifiés.

Les minéraux sont les composants fondamentaux de la Terre. Les microbes occupent la majorité de l’arbre de vie. Dans les environnements proches de la surface, les minéraux et les microbes coexistent et interagissent. Les études des interactions minéraux-microbes se sont épanouies au cours des deux dernières décennies, car ces interactions sont à l’origine d’événements géologiques majeurs et déterminent considérablement l’habitabilité de la Terre. Une équipe de recherche dirigée par le Dr Hailiang Dong de l’Université des géosciences de Chine (Pékin) a examiné de manière critique les interactions minéraux-microbes et leur coévolution, et a proposé des opportunités et des défis de recherche majeurs à l’avenir.

Les minéraux et les microbes interagissent mutuellement à toutes les échelles spatiales et temporelles. Alors que de nombreux minéraux offrent une protection et fournissent des nutriments/énergie pour soutenir la croissance et le métabolisme microbiens, d’autres minéraux peuvent libérer des substances biotoxiques et produire des espèces réactives de l’oxygène (ROS) pour limiter et même tuer les micro-organismes. En retour, les microbes dissolvent, précipitent et transforment activement les minéraux par le métabolisme, ce qui peut produire des biosignatures spéciales dans les archives géologiques.

Tout au long de l’histoire de la Terre, les minéraux et les microbes augmentent leur diversité d’espèces et leur complexité fonctionnelle. Dans un monde prébiotique, les minéraux catalysent la synthèse de molécules biologiques et jouent un rôle essentiel dans l’émergence de la vie. Par la suite, l’évolution des minéraux entraîne l’innovation microbienne à travers leurs changements de propriétés physiochimiques au fil du temps. L’évolution microbienne entraîne à son tour la diversification des minéraux grâce à leur métabolisme unique. Par conséquent, l’évolution des interactions minéraux-microbes au cours du temps géologique joue un rôle essentiel dans la conduite d’événements géologiques tels que la survenue du grand événement d’oxydation et la formation de grands gisements de minerai.

Les interactions minéraux-microbes ont de nombreuses applications biotechnologiques, notamment la biolixiviation des métaux précieux et la fabrication d’engrais minéraux, l’assainissement des métaux lourds et des polluants organiques, la biosynthèse de nouveaux matériaux et la séquestration du CO2. Malgré les progrès récents, les auteurs identifient des questions de recherche majeures pour les recherches futures.

Premièrement, les rôles des minéraux dans le soutien de l’écologie microbienne ne sont actuellement reconnus que qualitativement. Les milieux de culture traditionnels ne considèrent pas les minéraux comme des nutriments et une énergie importants, ce qui peut être l’une des raisons du faible taux de réussite de l’obtention de cultures pures. Les milieux de culture à base de minéraux devraient récupérer davantage de ressources microbiennes.

Deuxièmement, il est difficile de distinguer les minéraux biogéniques des minéraux abiogéniques. Un assemblage syngénétique de minéraux qui combinent des preuves morphologiques, structurelles/texturales et géochimiques est plus significatif pour rechercher les empreintes biologiques dans les archives géologiques et sur d’autres planètes.

Troisièmement, il est impératif de lier les investigations mécanistes en laboratoire aux observations sur le terrain. Grâce à une approche itérative, les interactions minéraux-microbes peuvent être déduites au fil du temps.

Quatrièmement, la manipulation des interactions minéraux-microbes peut profiter à l’humanité, comme la séquestration du CO2 et l’atténuation de l’effet du réchauffement climatique, la récupération des ressources, la protection de l’environnement et la fabrication de nouveaux matériaux.