En parlant de l'inconnu, nous levons souvent les yeux vers le ciel, comme si nous essayions de voir de nos propres yeux des planètes éloignées, des systèmes stellaires et des galaxies. Cependant, il n'est pas nécessaire de parcourir des milliers d'années-lumière lorsque l'inconnu se trouve sous notre nez. Bien sûr, nous parlons des océans. Occupant une grande partie de notre planète, les océans abritent une grande variété de créatures: certains vivent près de la côte, d'autres préfèrent l'obscurité sombre plus près du fond. Nous ne savons pas grand-chose des habitants des couches proches du fond des océans, mais encore moins des habitants des roches du fond. Des scientifiques de l'Université de Tokyo (Japon) ont découvert une nouvelle espèce de bactérie qui vit dans de nombreuses colonies au fond de l'océan depuis plusieurs millions d'années. Les scientifiques pensent que l'étude de ces organismes aidera à retrouver la vie sur Mars. Où ont été trouvées les bactériesquelles sont leurs caractéristiques et comment exactement cette découverte est-elle liée à la vie sur Mars? Les réponses à ces questions nous attendent dans le rapport des scientifiques. Aller.Les couches supérieures de la croûte océanique sont principalement constituées de basaltes. La source des basaltes est le magma, qui se solidifie au contact de l'air ou de l'eau après une éruption. Dans les océans, le principal lieu d'origine des basaltes est la dorsale médio-océanique - une chaîne de crêtes situées dans les régions centrales de tous les océans. La hauteur de ces monts sous-marins est d'environ 2 à 3 km des plaines abyssales (plaines des dépressions océaniques). Ce n'est un secret pour personne que le processus de formation de basalte, étant une réaction à haute température, fournit indirectement suffisamment d'énergie pour maintenir la chimiosynthèse, lorsque des composés inorganiques servent de carburant pour la synthèse de composés organiques à partir du CO 2 . Cette méthode de nutrition autotrophique (matière organique inorganique) est unique aux archées (organismes unicellulaires non nucléaires) et aux bactéries.Sur les côtés latéraux de la crête, la circulation du fluide crustal s'effectue de manière hydrothermale au sein de la lave basaltique, surchargée de sédiments. La partie de la lave basaltique sous la couche sédimentaire est appelée la base basaltique (fondation). Des études antérieures sur les crêtes océaniques âgées de 3,5 à 8 millions d'années ont montré que ces aquifères relativement jeunes * de la croûte terrestre sont riches en thermophiles anaérobies * et en mésophiles aérobies * , qui sont impliqués dans la circulation de l'hydrogène, du carbone et du soufre.Aquifère * - roche sédimentaire d'une ou plusieurs couches souterraines de roches avec différents degrés de perméabilité à l'eau.
Thermophiles * - organismes qui vivent dans des endroits où la température est supérieure à 45 ° C.
* — , , 20 45 °C.
Lorsque les fissures rocheuses sont remplies de minéraux secondaires, l'intensité de la circulation des fluides et la réaction de formation de basalte diminue, ce qui correspond à une augmentation de l'âge de la croûte. La majeure partie de l'oxydation se produit dans les 10 premiers millions d'années après la formation de la croûte, ce qui représente environ 90% de la lithosphère océanique entière de la Terre.Selon les scientifiques, étant donné la vaste superficie et l'inaccessibilité du plancher océanique, une étude complète de sa structure est un processus extrêmement complexe, même avec les technologies actuelles. Néanmoins, il existe des preuves que l'âge des changements dans la croûte océanique, indiquant une activité biologique, est d'environ 3,5 milliards d'années. Cependant, le rôle de l'activité microbienne dans l'origine de ces changements n'a pas été évalué auparavant.
Dans ce travail, les scientifiques décrivent les résultats de l'analyse d'échantillons obtenus lors de l'expédition IODP (programme de forage océanique intégré du programme de forage océanique intégré), réalisée dans le gyre du Pacifique Sud (SPG du gyre du Pacifique Sud ).L'analyse des échantillons a montré la présence de cellules microbiennes dans la smectite riche en fer (un groupe de minéraux argileux qui comprend la montmorillonite, la nonronite, la beidélite, etc.). L'analyse des profils lipidiques et des séquences d'ADN de ces organismes a montré qu'il s'agit de bactéries hétérotrophes, ce qui indique la présence de substances organiques dans le basalte sous-marin.Résultats de recherche
Dans le SPG, le taux de dépôt est assez faible, à partir duquel les sédiments tombant au fond sont presque totalement dépourvus de matière organique.
Tableau 1: données d'échantillonnage (mbsf - mètres sous le plancher océanique; NS - pas d'échantillonnage; Ma - millions d'années).Des échantillons ont été prélevés dans trois régions d'âges différents: U1365 - 104 Ma; U1367 - 33,5 Ma; U1368 - 13,5 Ma.Dans un tel environnement ultra-oligotrophique *, l' O 2 dissous pénètre du fond de l'océan dans la fondation basaltique et soutient la vie des microbes aérobies sur toute la profondeur des dépôts.L'environnement ultra-oligotrophe * est un environnement à très faible teneur en nutriments.
Tout d'abord, la caractérisation des minéraux des carottes avec des fissures a été effectuée pour déterminer la présence de minéraux argileux, généralement produits par des interactions eau-roche à basse température (c'est-à-dire les intempéries). L'analyse par diffraction des rayons X a révélé la présence de smectite riche en fer dans des carottes âgées de 33,5 Ma et 104 Ma, mais pas dans des carottes de 13,5 Ma.De plus, des coupes minces (U1367F-6R1, U1365E-8R4 et U1365E-12R2) correspondant à des profondeurs de 51, 109,6 et 121,8 mbsf (mètres sous le plancher océanique) ont été préparées à partir de ces deux échantillons. Les coupes ont été étudiées au microscope électronique à balayage (SEM) et au microscope électronique à transmission (TEM). Une méthode de spectroscopie aux rayons X à dispersion d'énergie (EDS) a également été utilisée .De la smectite riche en fer a été trouvée dans des fissures remplies principalement d'oxyhydroxydes de céladonite dans l'échantillon U1365E-8R4 et de fer dans U1365E-12R2. Alors que dans l'échantillon U1367F-6R115, les fissures étaient remplies de smectite riche en fer.Dans U1367F-6R1, deux types de fissures de smectite riches en Fe de composition différente ont été découverts:- le premier type est similaire à ceux trouvés dans U1365E-8R4 et U1365E-12R2 avec une teneur élevée en Mg et K;
- le deuxième type se caractérise par une teneur élevée en fer, qui est généralement observée dans la smectite riche en Fe provenant de remblais hydrothermaux en eau profonde.
La microscopie à fluorescence de coupes minces a montré la présence de signaux de fluorescence cellulaire dans les zones de fissures et de veines associées à la smectite riche en Fe dans les échantillons U1365E-8R4 et U1365E-12R2 (images ci-dessous).
Image n ° 1: images (microscopie optique et à fluorescence) de cellules colorées au SYBR Green I, dans une fissure remplie de céladonite dans U1365E-8R4 ( a ) et dans un noyau rempli d'oxyhydroxydes de fer dans U1365E-12R2 ( b ).Bien que la smectite riche en fer avec une teneur élevée en Mg et K dans U1367F-6R1 corresponde à des signaux de fluorescence, aucun signal de fluorescence n'a été détecté dans les veines remplies de smectite riche en fer dans U1367F-6R1.Pour confirmer que ces signaux verdâtres dans les images proviennent de cellules microbiennes et non de matériaux autofluorescents, des coupes de 10 x 10 μm d'une épaisseur de 3 μm ont été préparées à l'aide d'un faisceau ionique focalisé pour la spectrométrie de masse des ions secondaires à l'échelle nanométrique (nanoSIMS).L'analyse de U1365E-8R4 a révélé des signaux chevauchants 12C14N-, 31P- et 32S- sur des taches denses colorées au SYBR Green I, indiquant que ces signaux verdâtres ont été obtenus à partir de cellules microbiennes.
Image n ° 2: Évaluation de la population cellulaire dans des spécimens fissurés:— U1365E-8R4;
b — , SYBR Green I;
— U1365-8R4 (1010 3 ), nanoSIMS;
d — NanoSIMS 12C14N-;
e — NanoSIMS 31P-;
f — NanoSIMS 32S-;
g — NanoSIMS 28Si-;
h — NanoSIMS 56Fe16O-;
i — - Ga ion image 1010 NanoSIMS 12C14N- , 31P- 32S- .
Les cellules microbiennes sont localisées à proximité des vides à l'échelle microscopique et sont entourées de smectite riche en fer. Le même résultat a été obtenu pour l'échantillon U1365E-12R2.L'utilisation d'un microscope électronique à balayage à transmission (PEM) a confirmé que les cellules microbiennes sont connectées spatialement avec des couches de smectite riche en fer. Compte tenu de cette connexion et de la grande différence de composition entre la smectite riche en fer et l'argile bentonite utilisée pour le fluide de forage, les scientifiques ont conclu que les cellules microbiennes n'étaient pas introduites à partir du fluide de forage, c'est-à-dire ne tombait pas dans les échantillons de l'extérieur.L'ensemble de ces données suggère que de nombreuses colonies de micro-organismes vivent dans les profondeurs du fond de l'océan (désolé pour le jeu de mots). L'étape suivante de l'étude a été la détermination de la composition microbienne de ces colonies.
Image n ° 3Conformément à l'affiliation phylogénétique basée sur les séquences du gène d'ARNr 16S (Image n ° 3), trois types de communautés microbiennes ont été identifiés:- SPG-I ( : 13.5 ). U1368 γ- ε- , Arcobacter, Thioreductor, Sulfurimonas Sulfurovum (- / - *) Alteromonas ( *).
* — , .
* — , .
* — , .
- SPG-II (33.5–104 ). U1365 U1367 β-, *, Roseateles depolymerans.
* — , .
- SPG-III U1365E-12R2 ( 122 mbsf), γ-, Methylococaceae. Methylococaceae, , .
Des communautés microbiennes ont déjà été observées dans des échantillons de carottes et d'eau de la région de l'Atlantique Nord de l'expédition IODP (âge de base 8 Ma), où un liquide froid riche en oxygène circule activement dans la fondation basaltique recouverte de sédiments. Cependant, il existe des différences claires entre les espèces. Les communautés microbiennes dans les échantillons de fluide de l'Atlantique Nord sont principalement composées de Campylobacterales et d' Alteromonadales . Et dans les nouveaux échantillons, il y avait un avantage significatif en direction d' Alteromonadales , tandis que les représentants de Campylobacterales étaient clairement en minorité.Si nous comparons un échantillon d'un site relativement jeune (8 et 13,5 Ma), alors ses communautés microbiennes sont presque identiques à celles trouvées dans les échantillons du site de l'Atlantique Nord. Par conséquent, dans l'océan Atlantique et dans l'océan Pacifique, les communautés microbiennes trouvées à la même profondeur du fond sont presque identiques.Sachant qui vit au fond de l'océan, il a fallu établir comment ces organismes y survivent, c'est-à-dire comment ils interagissent avec l'environnement.Les fondations à 13,5 et 33,5 Ma consistent principalement en un coussin de lave recouvert de dépôts de 12 à 17 m d'épaisseur. Les sédiments les plus profonds dans les deux sections contiennent les mêmes concentrations d'O2 dissous et de nitrate dissous. Bien que la structure de la croûte et la composition chimique de l'agent oxydant dissous soient assez similaires dans les deux zones, la composition des communautés microbiennes diffère sensiblement dans les fondations de 13,5 et 33,5 Ma. Les minéraux argileux qui se forment dans les fissures / veines lors des interactions eau-roche à basse température fournissent des informations qui peuvent expliquer la différence entre ces communautés.
Image n ° 4Ainsi, la présence et l'absence de smectite riche en fer dans les fissures / veines des sections U1367 et U1368 indiquent que la formation de smectite riche en fer a été inhibée par la circulation active de l'eau de mer dans U136816.Bien que la fondation en basalte à U1365 comprenne des coulées de lave, où le flux de fluide est généralement entre les couches de feuilles et non le long des bords refroidis de la couche de lave, la composition de sa communauté microbienne est similaire à celle trouvée à U1367, ce qui est compatible avec la présence de smectite riche en fer dans U1365 et U1367.Le flux de chaleur au bas de l'U1367 et de l'U1365 indique que la conductivité thermique est la principale méthode de transfert de chaleur. Alors que le flux de chaleur sur U1368 n'est pas si actif, il s'ensuit qu'ici la principale méthode de transfert de chaleur est la circulation de fluide dans la croûte rocheuse.Cette différence est cohérente avec l'âge de la fondation dans les zones respectives, car la circulation des fluides et le transfert de chaleur sont généralement beaucoup plus actifs dans la croûte chaude relativement jeune (comme la croûte de 13,5 Ma en U1368) que dans les plus anciennes et donc plus froides. écorce (par exemple, écorce 33,5 Ma dans la zone U1367 et 104 Ma dans la zone U1365).Les scientifiques pensent que l'habitabilité de la fondation est contrôlée par les flux de chaleur et de fluide, qui ont tendance à diminuer avec le temps par rapport à la structure primaire de la croûte. De plus, la formation de smectite riche en fer dans la fondation basaltique semble être en corrélation avec les espèces de micro-organismes de la croûte océanique plus ancienne.Un examen plus détaillé de la tranche de 10 x 10 microns, mentionné précédemment, a montré que la plage de densité cellulaire estn x 3,3 x 10 9 cellules / cm 3 , où n est le nombre de cellules trouvées dans la tranche.Par conséquent, dans les échantillons U1365E-8R4 et U1365E-12R2, le nombre approximatif de cellules était de 5,0 × 10 10 et 0,7 × 10 10 cellules / cm 3 . L'accumulation cellulaire était limitée à la smectite riche en fer à l'interface entre le basalte et d'autres minéraux.Au sein de cette interface, la densité cellulaire est extrêmement élevée par rapport à la densité cellulaire dans les sédiments les plus profonds (~ 10 2 cellules / cm 3) se trouvant au-dessus des fondations basaltiques dans les sections U1365 et U136714, et comparées aux liquides à basse température prélevés sur une fondation basaltique (8 Ma) de la région de l'Atlantique Nord (~ 10 4 cellules / cm 3 ).
Image n ° 5Pour vérifier l'exactitude d'une certaine densité cellulaire, une spectroscopie µ-Raman a été réalisée, ce qui permet d'obtenir un spectre à partir d'amas de smectite microbienne (image n ° 5).Le spectre a été obtenu à toutes les interfaces remplies de smectite riche en fer avec une teneur élevée en Mg et K dans U1367F-6R1, U1365E-8R4 et U1365E-12R2, mais pas à partir de U1367F-6R1 avec smectite riche en fer et Fe élevé. L'absence de spectre dans la smectite riche en fer peut être due à sa formation dans un monticule hydrothermal en eau profonde près de la dorsale médio-océanique.La smectite est un minéral argileux à grain fin avec une grande surface pour l'adsorption de substances organiques. Étant donné que les communautés microbiennes dominantes trouvées dans les bases basaltiques 33 et 104 Ma sont hétérotrophes, il est possible que la matière organique associée à la smectite riche en fer aide à maintenir une densité cellulaire élevée à l'interface basaltique.Les échantillons de smectite prélevés pour l'analyse contenaient 22 fois plus de carbone organique que ceux trouvés dans d'autres sections centrales. Et cela confirme pleinement la théorie selon laquelle la matière organique associée aux minéraux stimule l'activité hétérotrophique des micro-organismes à l'interface basaltique.Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport des scientifiques et les documents supplémentaires qui s'y rapportent.Épilogue
Dans ce travail, les scientifiques ont étudié des échantillons de fond océanique de différentes profondeurs de forage, et donc d'âges différents (104, 33,5 et 15,1 millions d'années). Les échantillons se sont révélés riches en micro-organismes, dont la densité dans certaines régions était d'environ 0,7 × 10 10 cellules / cm 3 . La capacité de vivre dans de telles conditions peu attrayantes pour les bactéries est due au minéral argileux qui les entoure - la smectite.La roche contient des fissures remplies de smectite, qui à son tour concentre les nutriments nécessaires aux bactéries.Les résultats de cette étude aident non seulement à révéler certains des secrets du plancher océanique, mais contribuent également à la création de nouvelles techniques pour révéler la vie sur d'autres planètes. Les chercheurs eux-mêmes disent que leur découverte peut être utile pour de telles recherches sur Mars, car la composition minérale du fond des océans est probablement similaire à la composition minérale de la surface de Mars.Les chercheurs ont l'intention de poursuivre leurs travaux, mais déjà en équipe avec des représentants de la NASA. Ils prévoient de tester leur méthodologie sur des échantillons de roche obtenus de Mars.Merci de votre attention, restez curieux et bonne semaine de travail, les gars. :)Un peu de publicité :)
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