Le plus grand écosystème microbien du monde se cacherait dans la croûte océanique

Sous le fond des océans, dans la partie hydratée de la croûte océanique, prospère un gigantesque écosystème, un des plus vastes de la planète et quasiment inconnu : c'est ce que révèle l'étude d'une équipe de chercheurs français de l’Institut de physique du Globe de Paris et italiens de l’université de Modena e Reggio Emilia. Cet écosystème géant joue sans un rôle important aujourd'hui et, de plus, aurait pu abriter les premières formes de vie.
Les roches du manteau terrestre, appelées péridotites, portées à l’affleurement au fond des océans par le jeu de la tectonique, constituent des environnements d’un intérêt majeur pour le cycle du carbone profond. Ces roches, instables en présence d’eau, ont la capacité remarquable de générer d’importantes quantités d’hydrogène par l’hydratation des silicates qui les constituent.

Cet hydrogène, en réduisant le CO₂ provenant de l’eau de mer ou du manteau, peut conduire à la formation dite « abiotique » de méthane et d’hydrocarbures légers. Ces produits dérivés de l’hydratation des péridotites fourniraient, en outre, l’énergie métabolique nécessaire au développement de communautés microbiennes en profondeur, loin de toute source d’énergie photosynthétique.

Des anomalies en H₂ et CH₄, soutenant des écosystèmes autotrophes, ont été mises en évidence sur le plancher océanique, au niveau de champs hydrothermaux de basses températures, comme le spectaculaire site de Lost City situé sur le massif Atlantis près de la ride médioatlantique. Mais qu’en est-il exactement en profondeur ? Jusqu’à la récente étude publiée dans Nature Geoscience, on ne disposait pas de preuves directes de l’existence d’écosystèmes profonds nourris par les éléments volatils dérivant du manteau terrestre dans les profondeurs de la lithosphère océanique.

Cette étude a été menée sur des échantillons de péridotites hydratées (altérées ou encore « serpentinisées »), collectés par dragage le long de la ride médioatlantique (4-6 °N). Elles hébergent des chapelets d’hydrogrenats (cristaux de grenats hydratés) dont le cœur est fortement affecté par de la dissolution. Des investigations en microscopie électronique et spectroscopie Raman ont permis d’y détecter des accumulations de carbone organique endogène d’origine biologique.

Ces hydrogrenats semblent donc servir de substrat à des micro-organismes chimiolithoautotrophes qui utiliseraient les produits dérivés de la serpentinisation pour se développer. Le taux de maturation thermique de cette matière carbonée permet de déterminer le domaine de température (entre 80 et 100 °C) où a eu lieu le processus, soit une profondeur d’occurrence dans les deux premiers kilomètres de la lithosphère océanique serpentinisée.

Les deux tiers de la lithosphère créée le long des 60.000 km de rides océaniques sont majoritairement constitués de péridotites qui, aux dorsales lentes et ultralentes (taux d’expansion < 60 mm/an), affleurent au niveau du plancher océanique et sont ainsi serpentinisées. De plus, l’eau de mer y circule en profondeur sur plusieurs kilomètres. En considérant ces deux aspects, il se pourrait que ces environnements constituent le plus grand habitat microbien sur Terre.

Se pose alors la question du rôle de ces écosystèmes profonds dans la fixation du carbone, du taux de productivité primaire associé, et des facteurs physicochimiques qui limitent cette production. Négligée jusqu’à présent dans les modèles globaux, cette vie intraterrestre semble toutefois jouer et avoir joué un rôle clé dans l’évolution de notre planète en tant que médiateur des flux élémentaires entre lithosphère, océans et atmosphère.

Ces nouvelles signatures du vivant reportées dans un contexte rappelant l’environnement de notre Terre Hadéenne (4,5 - 3,8 milliards d'années), ouvrent également des perspectives intéressantes autour de l’émergence de la vie sur notre planète. Pour que les premières cellules vivantes puissent apparaître à partir de CO₂, de roches et d’eau, une source soutenue d’énergie est nécessaire. La serpentinisation, désormais considérée avec une attention croissante, apparaît comme un candidat de choix.

Source naturelle d’énergie chimique, elle aurait pu fournir les premières voies biochimiques qui sous-tendent l’apparition et le développement d’écosystèmes microbiens, exploitant, plutôt que provoquant, des processus géochimiques existants. Dans cette perspective, les hydrogrenats ont dès lors pu constituer un environnement prébiotique plus que favorable.