La plupart des visiteurs de la plage de Paliochori sur l’île grecque de Milos ne sont peut-être pas au courant de la communauté hydrothermale peu profonde de la baie, une véritable salade grecque de microbes, qui se trouve à une distance de plongée en apnée du rivage.
L’hydrothermalisme dans les sédiments côtiers de la baie de Paliochori y affecte fortement les processus biogéochimiques et soutient la chimiosynthèse, qui permet à certains micro-organismes tels que les bactéries oxydant le soufre d’utiliser l’énergie chimique plutôt que la lumière, comme le font les plantes photosynthétiques ou les algues, pour convertir le dioxyde de carbone en matériau cellulaire. .
Cependant, l’impact de l’écoulement des fluides sur la composition de la communauté microbienne et les taux de production chimiosynthétique sont inconnus car il est difficile de mesurer les processus microbiens dans des conditions naturelles, en particulier dans les systèmes hydrothermaux.
Une nouvelle étude utilise une approche innovante pour examiner le système hydrothermal en eau peu profonde de la baie et la production de microbes in situ et dans des conditions proches de la nature comme modèle pour évaluer l’importance de la circulation des fluides hydrothermaux sur la chimiosynthèse.
En examinant les communautés microbiennes directement dans les sédiments sablonneux hydrothermiques de la baie, l’étude démontre « l’importance de l’écoulement des fluides dans la formation de la composition et de l’activité des communautés microbiennes des évents hydrothermaux en eau peu profonde, en les identifiant comme des points chauds de l’activité microbienne ». selon l’article, « L’écoulement de fluide stimule la chimioautotrophie dans les sédiments côtiers influencés par l’hydrothermie », publié dans Communications Terre & Environnement.
De plus, « l’étude montre à quel point les bouches hydrothermales en eau peu profonde sont réellement productives et à quelle vitesse les microbes s’adaptent aux conditions changeantes », déclare le co-auteur principal Stefan Sievert, scientifique associé au département de biologie de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).
Au cours de l’étude, les chercheurs ont effectué deux séries d’expériences de sondage d’isotopes stables en utilisant du dioxyde de carbone marqué avec l’isotope stable du carbone 13C comme traceur pour déterminer la capacité des microbes à fixer le carbone, qui est la conversion du dioxyde de carbone en biomasse. L’étude a déployé des dispositifs d’incubation le long d’un transect au niveau d’un évent dans la baie et a injecté le traceur à différentes profondeurs dans les sédiments, en mode d’écoulement de fluide ouvert ou fermé, et a laissé les dispositifs en place pendant 6 heures ou 24 heures avant de les cueillir. à nouveau.
La quantité de fixation du carbone a été déterminée en mesurant l’incorporation du dioxyde de carbone marqué dans les acides gras, un composant clé constituant la membrane cellulaire, en combinaison avec l’évaluation de la composition de la communauté microbienne à l’aide d’approches basées sur l’ADN et l’ARN.
L’étude « étend les connaissances actuelles sur la fixation du carbone noir dans les sédiments sableux côtiers aux zones touchées par l’activité hydrothermale », selon le document. Les données des chercheurs révèlent que l’écoulement de fluide actif sur ce site d’évent hydrothermal en eaux peu profondes de sédiments sableux maintient des taux de fixation du carbone qui sont parmi les plus élevés déterminés pour les sédiments de la marge côtière, soulignant l’influence de l’hydrothermalisme dans le soutien de la production chimioautotrophe en fournissant les produits chimiques nécessaires dans le forme de donneurs d’électrons tels que le sulfure d’hydrogène, et d’accepteurs tels que l’oxygène.
En extrapolant la production du site d’évent étudié à la zone d’évent globale de la baie d’environ 4 acres, 7 tonnes métriques de carbone y sont produites par an. « C’est à peu près la même production annuelle par zone qu’un champ de maïs de 4 acres », explique Sievert.
L’étude a également révélé une communauté microbienne très active capable de réagir rapidement aux changements environnementaux. La production chimiosynthétique à Milos est principalement due aux Campylobactéries, qui dominaient les communautés dans les incubations ouvertes, mais diminuaient dans les incubations fermées. D’autres bactéries, en particulier les gammaprotéobactéries, ont également augmenté dans les incubations à flux ouvert, tandis que d’autres, telles que les deltaprotéobactéries et les thermodésulfobactéries, ont augmenté dans les incubations fermées. En général, la communauté est passée d’une communauté dominée par des microbes chimiosynthétiques à une communauté avec une proportion plus élevée de microbes hétérotrophes, c’est-à-dire des microbes qui utilisent le carbone organique pour se nourrir, tout comme les humains. L’étude a révélé que la communauté microbienne changeait en réponse à différentes conditions en quelques heures, ce qui est très rapide et a pris les enquêteurs par surprise.
La réalisation des mesures du taux de microbes et l’identification des différents microbes sur le site de l’évent hydrothermal ont été un effort de collaboration. Cette collaboration comprenait l’expertise de Sievert dans l’utilisation du dispositif d’incubation et l’identification des microbes sur la base de techniques basées sur l’ADN et l’ARN. De plus, le laboratoire du co-auteur principal Solveig Bühring, chercheur à l’Université de Brême, a fourni des données sur l’incorporation du dioxyde de carbone marqué dans les acides gras des microbes.
« Ce qui me pousse à faire cette recherche, c’est ma curiosité de comprendre comment les choses fonctionnent. Je suis intéressé à savoir ce que font les microbes et comment ils aident l’écosystème à fonctionner », explique Sievert.
« Chaque microbe individuel est si petit, mais leur impact combiné est si immense », ajoute-t-il. « Les microbes sont en quelque sorte les moteurs de notre planète, entraînant essentiellement tous les cycles biogéochimiques, tels que les cycles de l’azote et du soufre. »
Stefan M. Sievert et al, Fluid flow stimule la chimioautotrophie dans les sédiments côtiers influencés par l’hydrothermie, Communications Terre & Environnement (2022). DOI : 10.1038/s43247-022-00426-5