Le sol de la crête rocheuse du centre de l’Antarctique n’a jamais contenu de micro-organismes.
Pour la première fois, des scientifiques ont découvert qu'il semble n'y avoir aucune vie dans le sol terrestre. Ce sol provient de deux crêtes rocheuses balayées par les vents, situées à l'intérieur de l'Antarctique, à 480 kilomètres du pôle Sud, où des milliers de mètres de glace pénètrent les montagnes.
« On a toujours pensé que les microbes étaient robustes et pouvaient vivre n'importe où », explique Noah Firer, écologiste microbien à l'Université du Colorado à Boulder, dont l'équipe étudie les sols. Après tout, des organismes unicellulaires ont été découverts dans des sources hydrothermales dont la température dépasse 93 °C, dans des lacs sous un kilomètre de glace en Antarctique, et même à 36 000 mètres au-dessus de la stratosphère terrestre. Mais après un an de travail, Ferrer et son doctorant Nicholas Dragon n'ont toujours pas trouvé de traces de vie dans le sol antarctique qu'ils ont collecté.
Firer et Dragone ont étudié les sols de 11 chaînes de montagnes différentes, représentant une grande diversité de conditions. Ceux provenant des régions montagneuses les moins froides et les plus basses contiennent des bactéries et des champignons. Cependant, dans certaines montagnes des deux chaînes les plus hautes, les plus sèches et les plus froides, on ne trouve aucun signe de vie.
« On ne peut pas dire qu'elles sont stériles », a déclaré Ferrer. Les microbiologistes ont l'habitude de trouver des millions de cellules dans une cuillère à café de terre. Par conséquent, un très petit nombre (par exemple 100 cellules viables) peut échapper à la détection. « Mais à notre connaissance, elles ne contiennent aucun micro-organisme. »
Qu'un sol soit véritablement dépourvu de vie ou qu'on découvre ultérieurement qu'il contient des cellules survivantes, de nouvelles découvertes récemment publiées dans la revue JGR Biogeosciences pourraient contribuer à la recherche de vie sur Mars. Le sol de l'Antarctique est gelé en permanence, chargé de sels toxiques, et n'a pas reçu beaucoup d'eau liquide depuis deux millions d'années, tout comme le sol martien.
Ces échantillons ont été collectés lors d'une expédition financée par la National Science Foundation en janvier 2018 dans des zones reculées des montagnes Transantarctiques. Ces montagnes traversent l'intérieur du continent, séparant le haut plateau polaire à l'est des basses glaces à l'ouest. Les scientifiques ont établi leur campement sur le glacier Shackleton, un tapis roulant de glace de 96 kilomètres qui s'écoule dans un gouffre montagneux. Ils ont utilisé des hélicoptères pour voler à haute altitude et collecter des échantillons le long du glacier.
Dans les montagnes chaudes et humides, au pied d'un glacier, à quelques centaines de mètres d'altitude, ils ont découvert que le sol était habité par des animaux plus petits qu'une graine de sésame : des vers microscopiques, des tardigrades à huit pattes, des rotifères et de minuscules vers appelés collemboles. Ces insectes ailés. Ces sols nus et sablonneux contiennent moins d'un millième de la quantité de bactéries présente dans une pelouse bien entretenue, suffisamment pour nourrir les petits herbivores qui se cachent sous la surface.
Mais ces signes de vie ont progressivement disparu à mesure que l'équipe s'est rendue dans des montagnes plus hautes, plus profondément enfouies dans le glacier. Au sommet du glacier, ils ont visité deux montagnes : le mont Schroeder et le mont Roberts, qui culminent à plus de 2 130 mètres.
Les visites au mont Schroeder ont été brutales, se souvient Byron Adams, biologiste à l'université Brigham Young de Provo, dans l'Utah, qui a dirigé le projet. La température en cette journée d'été est proche de 0 °C. Le vent hurlant a lentement fait évaporer la glace et la neige, laissant les montagnes nues, une menace constante pour ceux qui soulèvent et lancent les pelles de jardin qu'ils avaient apportées pour creuser le sable. Le terrain est recouvert de roches volcaniques rougeâtres, érodées pendant des centaines de millions d'années par le vent et la pluie, les laissant crevassées et polies.
Lorsque les scientifiques ont soulevé le rocher, ils ont découvert que sa base était recouverte d'une croûte de sels blancs : des cristaux toxiques de perchlorate, de chlorate et de nitrate. Les perchlorates et les chlorates, sels corrosifs et réactifs utilisés dans le carburant des fusées et l'eau de Javel industrielle, sont également présents en abondance à la surface de Mars. Sans eau pour les éliminer, le sel s'accumule sur ces montagnes arides de l'Antarctique.
« C'est comme prélever des échantillons sur Mars », a déclaré Adams. Quand on y plante une pelle, « on sait qu'on est le premier à perturber le sol depuis une éternité, peut-être des millions d'années. »
Les chercheurs suggéraient que même à des altitudes aussi élevées et dans les conditions les plus difficiles, ils trouveraient encore des micro-organismes vivants dans le sol. Mais ces espoirs ont commencé à s'estomper fin 2018, lorsque Dragon a utilisé une technique appelée réaction en chaîne par polymérase (PCR) pour détecter l'ADN microbien dans la terre. Dragon a testé 204 échantillons provenant des montagnes situées au-dessus et en dessous du glacier. Les échantillons provenant de montagnes plus basses et plus fraîches ont produit de grandes quantités d'ADN ; mais la plupart des échantillons (20 %) provenant de hautes altitudes, notamment ceux du mont Schroeder et du massif Roberts, n'ont pas été analysés, ce qui indique qu'ils contenaient très peu de micro-organismes, voire aucun.
« Quand il a commencé à me montrer les résultats, je me suis dit : "Il y a un problème" », a déclaré Ferrell. Il pensait qu'il devait y avoir un problème avec l'échantillon ou le matériel du laboratoire.
Dragon a ensuite mené une série d'expériences supplémentaires à la recherche de signes de vie. Il a traité le sol avec du glucose pour voir si certains organismes le transformaient en dioxyde de carbone. Il cherchait à découvrir une substance chimique appelée ATP, utilisée par toute vie sur Terre pour stocker de l'énergie. Pendant plusieurs mois, il a cultivé des parcelles de sol avec divers mélanges de nutriments, essayant de convaincre les micro-organismes existants de se développer en colonies.
« Nick a tout donné pour ces échantillons », a déclaré Ferrell. Malgré tous ces tests, il n'a toujours rien trouvé dans certains sols. « C'est vraiment incroyable. »
Jacqueline Gurdial, microbiologiste environnementale à l'Université de Guelph, au Canada, qualifie les résultats de « séduisants », notamment les efforts de Dragon pour déterminer les facteurs influençant la probabilité de trouver des micro-organismes dans un lieu donné. Elle a constaté que l'altitude élevée et les fortes concentrations de chlorate étaient les meilleurs prédicteurs de l'impossibilité de détecter la vie. « C'est une découverte très intéressante », a déclaré Goodyear. « Cela nous en dit long sur les limites de la vie sur Terre. »
Elle n’est pas entièrement convaincue que leur sol soit vraiment sans vie, en partie à cause de ses propres expériences dans une autre partie de l’Antarctique.
Il y a plusieurs années, elle a étudié les sols d'un environnement similaire dans les montagnes Transantarctiques, un endroit situé à 800 kilomètres au nord-ouest du glacier Shackleton, appelé University Valley, où l'humidité et la fonte des glaces n'avaient peut-être pas été significatives depuis 120 000 ans. Après 20 mois d'incubation à -5 °C, une température estivale typique dans la vallée, le sol ne présentait aucun signe de vie. Mais lorsqu'elle a chauffé des échantillons de sol à quelques degrés au-dessus de zéro, certains ont montré une croissance bactérienne.
Par exemple, des scientifiques ont découvert que les cellules bactériennes restent vivantes même après des milliers d'années passées dans les glaciers. Lorsqu'elles sont piégées, leur métabolisme peut ralentir des millions de fois. Elles cessent alors de croître, se contentant de réparer les dommages à l'ADN causés par la pénétration des rayons cosmiques dans la glace. Goodyear suppose que ces « survivants lents » pourraient être ceux qu'elle a découverts à College Valley. Elle soupçonne que si Dragone et Firer avaient analysé dix fois plus de sol, ils les auraient peut-être trouvés dans le massif Roberts ou le mont Schroeder.
Brent Christner, qui étudie les microbes de l'Antarctique à l'Université de Floride à Gainesville, pense que ces sols secs de haute altitude pourraient aider à améliorer la recherche de vie sur Mars.
Il a noté que les sondes Viking 1 et Viking 2, qui ont atterri sur Mars en 1976, ont mené des expériences de détection de vie basées en partie sur des études des sols de basse altitude près des côtes de l'Antarctique, une région appelée les Vallées Sèches. Certains de ces sols sont humidifiés par les eaux de fonte en été. Ils contiennent non seulement des micro-organismes, mais aussi, à certains endroits, de minuscules vers et d'autres animaux.
En revanche, les sols plus élevés et secs du mont Roberts et du mont Schroeder pourraient constituer de meilleurs terrains d’essai pour les instruments martiens.
« La surface de Mars est très dégradée », a déclaré Christner. « Aucun organisme terrestre ne peut y survivre », du moins sur les quelques centimètres supérieurs. Tout vaisseau spatial se rendant sur Mars à la recherche de vie doit être prêt à opérer dans certains des endroits les plus hostiles de la planète.
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