Les vallées sèches de McMurdo en Antarctique contiennent certains des déserts les plus froids et les plus secs de la Terre. L’environnement y est si extrême que les vallées sèches ont été utilisées comme analogues de Mars pour tester des équipements prototypes pour l’exploration future de Mars.
Pour survivre à ces conditions difficiles, des couches d’algues et de bactéries dans les vallées sèches hivernent à l’état lyophilisé, reprenant vie en été lorsque les glaciers voisins fondent et que l’eau coule à nouveau dans les canaux. Les algues sont si résistantes que certains scientifiques pensent qu’elles pourraient être bien adaptées aux conditions difficiles des vols spatiaux, où elles pourraient éliminer le dioxyde de carbone de l’air, produire de l’oxygène et fournir de la nourriture aux astronautes.
Le cycle de stase et de croissance renouvelée des algues a attiré l’attention d’Emily Matula, qui était étudiante au doctorat en bioastronautique à l’Université du Colorado à Boulder lorsque la recherche a été menée.
« J’étais intéressé à voir comment nous pourrions potentiellement utiliser ces différentes espèces d’algues qui se sont adaptées à ces environnements extrêmes dans les systèmes de vols spatiaux », a déclaré Matula.
Cela a déclenché une collaboration avec la chercheuse antarctique Diane McKnight. Les chercheurs ont utilisé le séquençage de l’ADN pour caractériser les espèces d’algues vertes qui poussent sous forme de tapis dans les cours d’eau de fonte des McMurdo Dry Valleys. Matula et McKnight présenteront leurs découvertes sur les espèces d’algues et de bactéries qui composent ces tapis le lundi 12 décembre 2022 à Réunion d’automne de l’AGU à Chicago et en ligne partout.
Algues spatiales
Les ingénieurs spatiaux sont intéressés par l’utilisation d’algues pour fermer la boucle de carbone d’un vaisseau spatial : les algues pourraient produire de l’oxygène et transformer le dioxyde de carbone respiré par les astronautes en biomasse que les astronautes mangent ensuite et respirent en dioxyde de carbone. Un vaisseau spatial en boucle fermée n’aurait pas besoin d’être réapprovisionné depuis la Terre, ce qui augmenterait la distance et la durée pendant lesquelles les humains pourraient voyager dans l’espace. Selon Matula, la même tuyauterie d’eau qui est actuellement utilisée pour rendre les températures de la cabine supportables pour l’équipage d’un vaisseau spatial pourrait servir à la fois à la croissance des algues et à la régulation de la température.
Les grandes oscillations quotidiennes de température dans la tuyauterie créent des conditions difficiles pour la plupart des algues et constituent le plus grand défi à surmonter lors de l’utilisation de la tuyauterie pour faire pousser des algues à bord d’un vaisseau spatial.
« Bien sûr, nous avons une algue « rat de laboratoire » facilement disponible, mais lorsque vous les exposez à des environnements plus extrêmes, la majorité d’entre elles sont stressées ou meurent », a déclaré Matula. « Donc, si les algues doivent être exposées aux environnements extrêmes des voyages spatiaux, vous voulez probablement une espèce mieux équipée pour survivre. »
Matula et McKnight pensent que les algues vertes qui poussent dans les tapis de McMurdo Dry Valley pourraient être les algues que les explorateurs spatiaux recherchent. Ces algues vertes sont bien adaptées aux grandes fluctuations de température similaires à celles trouvées dans la plomberie des engins spatiaux, oscillant de 4 degrés Celsius (39,2 degrés Fahrenheit) à 15 degrés Celsius (59 degrés Fahrenheit) en une seule journée d’été, a déclaré McKnight.
Mais toutes les algues ne sont pas également flexibles, donc pour trouver les algues les mieux adaptées aux conditions de vol spatial, Matula et McKnight avaient besoin de savoir ce qui vivait dans ces tapis verts résistants.
« Nous ne savions pas quel serait le meilleur cours d’eau pour trouver les algues vertes les mieux adaptées aux fluctuations de température et comment les tapis varient d’un cours d’eau à l’autre », a déclaré McKnight.
Pour caractériser les espèces d’algues dans les tapis verts, Matula et McKnight ont séquencé l’ADN d’algues vertes actives initialement collectées dans huit cours d’eau de fonte dans les vallées sèches. Ils ont également essayé de cultiver une culture d’algues antarctiques dans les mêmes conditions de laboratoire que leurs algues « rats de laboratoire », afin de pouvoir comparer la capacité des différentes espèces à résister aux fluctuations de température typiques de la tuyauterie de contrôle de la température dans les engins spatiaux.
Selon McKnight, son équipe travaille toujours pour déterminer comment les communautés d’algues varient entre les différents cours d’eau et comment elles se comparent aux communautés d’algues qui se sont développées dans leurs cultures en laboratoire. McKnight a partagé une découverte préliminaire claire : leurs cultures étaient dominées par un groupe restreint d’algues qui avaient déjà été observées dans d’autres environnements antarctiques. La culture d’espèces d’algues antarctiques en laboratoire est un point de départ pour l’équipe de recherche afin de mieux comprendre comment les algues antarctiques tolèrent les températures oscillantes sur les cycles quotidiens et saisonniers.
L’équipe prévoit d’autres expériences pour déterminer comment les communautés d’algues varient entre les cours d’eau étudiés, à quelle vitesse leurs algues se régénèrent à partir de la cryostase et comment la croissance des algues peut être optimisée dans l’environnement d’un vaisseau spatial.
Plus d’information:
Résumé de la présentation : Composition microbienne des tapis dominés par les chlorophytes dans les cours d’eau de fonte glaciaire des vallées sèches de McMurdo, en Antarctique (2022).