Selon une nouvelle étude sur les micro-organismes présents dans les mares d’eau de fonte en Antarctique, la vie primitive aurait pu survivre près de l’équateur alors que la Terre traversait des millions d’années glaciales.
L’Antarctique s’avère une fois de plus être une fenêtre sur le passé : il y a environ 720 à 635 millions d’années, alors que la Terre traversait deux phases de glaciation mondiale qui ont duré plusieurs millions d’années, des communautés microbiennes diverses et complexes auraient survécu à ces périodes extrêmes de « Terre boule de neige » dans des étangs peu profonds formés par l’eau de fonte, similaires à ceux que l’on trouve aujourd’hui en Antarctique.
Ces indices proviennent d’une série de flaques d’eau de fonte sur la barrière de glace McMurdo, dans l’Antarctique oriental, dont les microcommunautés ont été étudiées par une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et à laquelle ont participé l’université de Waikato et d’autres institutions. Leur étude a été publiée le 19 juin dans Nature Communications.
Grâce aux fossiles, il est bien établi que la vie eucaryote – des organismes unicellulaires complexes qui ont ensuite évolué vers des organismes multicellulaires puis vers la vie telle que nous la connaissons aujourd’hui – existait déjà avant ces phases de glaciation globale. Au cours de la période dite du Cryogénium, les températures moyennes mondiales ont probablement chuté jusqu’à -50°C. On ne sait pas encore si notre planète était alors recouverte d’une couche de glace massive – une véritable « boule de neige terrestre » – ou si elle était recouverte d’une sorte de neige fondue. Cependant, il est généralement admis que la majeure partie de la surface de la Terre était gelée.
Jusqu’à présent, les chercheurs pensaient que les premières formes de vie pouvaient avoir survécu dans des polynies proches de l’équateur – des surfaces océaniques non gelées – si elles existaient, dans des sources hydrothermales en eau profonde ou dans des lacs sous-glaciaires sous des kilomètres de glace. Les auteurs de la nouvelle étude ajoutent un autre refuge possible, les mares de fonte.
Au vu de la diversité des communautés qu’ils ont pu observer dans les bassins de la calotte glaciaire de McMurdo – composées de cyanobactéries photosynthétiques et de micro-organismes eucaryotes tels que des microalgues, des protistes et de minuscules animaux – ils pensent que des communautés similaires ont pu exister dans des mares d’eau de fonte proches de la surface, près de l’équateur, pendant les glaciations globales, où les températures étaient peut-être proches du point de congélation.
« Ce fut un privilège d’étudier les types de lacs d’eau de fonte qui auraient existé pendant les glaciations cryogéniques. Des études à long terme de ces lacs ont montré qu’ils abritent une diversité bactérienne intéressante, et certains des facteurs qui influencent cette diversité commencent à émerger », écrit Fatima Husain, doctorante au MIT et auteure principale de l’étude, dans un courriel envoyé à polarjournal.net.
L’équipe de recherche a analysé, à l’aide de lipides et de marqueurs génétiques, les communautés microbiennes d’un total de 15 mares d’eau de fonte dans la zone appelée « Dirty Ice » (glace sale), déjà nommée ainsi par l’expédition Scott en 1903 en raison des dépôts de sédiments sombres qui donnent à la glace un aspect sale. La surface plus sombre entraîne l’absorption de la lumière du soleil et la fonte locale de la glace, créant ainsi de petites mares saisonnières de quelques mètres de profondeur.
Le fond des mares est recouvert de tapis de micro-organismes de plusieurs centimètres d’épaisseur, et aucune communauté microbienne ne ressemble à une autre. Chaque mare possède sa propre communauté caractéristique, qui s’est parfaitement adaptée à son pH, à sa salinité et à sa température. La salinité, en particulier, s’est révélée être un facteur déterminant : les mares ayant une salinité similaire présentaient des communautés remarquablement similaires, quel que soit leur emplacement. Les chercheurs en concluent que les paramètres environnementaux jouent un rôle plus important dans la composition des communautés d’organismes que la proximité géographique.
Cette diversité surprend non seulement par sa complexité, mais aussi par sa ressemblance avec ce qui aurait pu se passer il y a des centaines de millions d’années.
Le fait que ces mares peu profondes soient capables de maintenir des communautés de vie variées et fonctionnellement interconnectées les rend particulièrement passionnantes du point de vue scientifique. Elles pourraient servir d’analogues modernes aux mares d’eau de fonte superficielles sur les calottes glaciaires de la « Terre boule de neige » – à l’époque, peut-être près de l’équateur, où des dépôts de poussière ont réchauffé la surface de la glace et créé de petites eaux de fonte. Celles-ci pourraient avoir fourni des conditions suffisamment stables pour des micro-organismes complexes pendant de longues périodes – et avoir ainsi servi de refuges proches de la surface.
Cela aurait une grande importance pour l’évolution de la vie sur notre planète. En effet, pendant les phases « boule de neige » de la vie eucaryote se trouvait justement dans une phase de développement critique. Comme l’explique Fatima Husain, l’équipe a étudié spécifiquement les communautés eucaryotes afin de mieux cerner la diversité des espèces présentes dans ces étangs. « Compte tenu de la similitude de ces étangs avec les lacs d’eau de fonte sur les couches de glace du Cryogénien, il était encourageant d’y trouver une si grande diversité eucaryote », dit-elle.
Pour le chercheur polaire néo-zélandais Ian Hawes de l’Université de Waikato, qui étudie les mares de fonte de l’Antarctique depuis des décennies et a participé au projet de recherche actuel, l’Antarctique revêt également une importance particulière dans ce contexte. En raison des conditions extrêmes, les écosystèmes intérieurs de l’Antarctique sont aujourd’hui l’un des rares habitats sur Terre où dominent les procaryotes simples et les eucaryotes, c’est-à-dire précisément les formes de vie qui ont prévalu au cours des deux premiers milliards d’années de l’histoire de la Terre, explique-t-il. « A l’époque de la Terre boule de neige, il y a environ 700 millions d’années, la vie complexe commençait tout juste à se développer, et les lignées eucaryotes simples que nous voyons aujourd’hui dans les mares de l’Antarctique sont apparues », a déclaré Hawes. La question centrale est de savoir comment ces premiers organismes ont pu survivre pendant des millions d’années dans des conditions aussi extrêmes – et se répandre rapidement plus tard, lorsque le climat s’est réchauffé. L’Antarctique actuel sert en quelque sorte de laboratoire froid naturel, explique Hawes, et permet aux chercheurs de montrer que des mares d’eau de fonte éphémères ont pu être un refuge pour ces formes de vie.
La découverte que de telles communautés prospèrent également dans des habitats aujourd’hui extrêmes, mais structurellement comparables, suggère qu’elles ont pu survivre à des glaciations globales antérieures. Grâce à cette étude, la science s’enrichit d’une théorie plausible sur la manière dont la vie complexe a pu survivre même aux chapitres les plus extrêmes de l’histoire de la Terre.