La croûte océanique abrite-t-elle des bactéries aérobies ? Probablement…

Les sédiments marins formeraient le plus grand écosystème connu de la planète, puisqu'environ  2,9 × 10²⁹ organismes unicellulaires y vivraient (dont 33 % à moins de 150 m de profondeur). Ils représenteraient une biomasse de 4,1 pétagrammes de carbonecarbone, soit 0,6 % de la biomasse totale de la planète. Ces chiffres, qui correspondent à la dernière estimation en date, ont été publiés en août 2012. Ils ont marqué les esprits, car ils réduisaient de 92 % les précédentes valeurs.

Cependant, certains spécialistes estiment qu'il existerait une autre biosphère qui serait encore plus densément peuplée. Problème : elle est particulièrement difficile d'accès... puisque située sous les sédiments marins. Il s'agit de la croûte océanique, cette structure majoritairement faite de roches basaltiquesbasaltiques vieilles de plusieurs millions d'années, et qui a la particularité d'être parcourue par des réseaux de failles et de fissures. S'ils permettent une circulation de l'eau de mer en profondeur, alors pourquoi n'abriteraient-ils pas la vie ?

Des bactériesbactéries ont occasionnellement été trouvées dans des roches océaniques crustales, mais leur métabolismemétabolisme reste méconnu, ce qui empêche toute estimation de leur nombre au sein de cette biosphère. Comment respirent-elles ? Comment produisent-elles leur énergieénergie ? Des éléments de réponse viennent d'être fournis par Beth Orcutt, du Bigelow Laboratory for Ocean Sciences (États-Unis), dans la revue Nature Communications. Ils montrent que de l'oxygène (O₂) est consommé dans la croûte océaniquecroûte océanique !

Beth Orcutt (t-shirt mauve) et Wolfgang Bach (université de Brême, Allemagne) examinent un morceau de croûte océanique remonté à bord du navire océanographique JOIDES Resolution. © Jennifer T. Magnusson

De l’oxygène consommé par une activité biologique ?

Les chercheurs ont tout d'abord focalisé leur attention sur des carottescarottes de sédiments provenant de North Pond, un site situé sur le flanc ouest de la ride médio-atlantique (latitudelatitude : 22° N). Elles y ont été prélevées durant l'automneautomne 2011 par le JOIDES Resolution, dans le cadre de l'expédition 336 de l'Integrated Ocean Drilling Program (IODP). Le site est connu car la couche de sédiments qui recouvre la croûte océanique, à plus de 4.400 m de profondeur, ne fait que 300 m d'épaisseur. Les plus vieux dépôts, ceux au contact avec la roche crustale, y ont 8 millions d'années. Ils sont soumis à une température inférieure à 25 °C.

Les mesures ont eu pour objectif de quantifier le gradient en oxygène et en strontiumstrontium dissous le long de la carotte (ils sont présents dans l'eau de mer interstitielle). Or, il est apparu que l'oxygène ne pénétrait pas en profondeur dans les sédiments, puisque son gradientgradient s'est au mieux interrompu au milieu des prélèvements. De l'oxygène est cependant réapparu dans les sédiments à la fin des carottes, à leur interface avec la croûte océanique. Cette présence démontre qu'un liquideliquide oxydant remonte à cet endroit, ce qui traduit l'existence d'une circulation d'eau contenant de l'oxygène dans la croûte.

Grâce à une savante modélisationmodélisation basée sur toutes les concentrations en oxygène mesurées, les chercheurs sont ensuite parvenus à la conclusion que l'eau de mer s'appauvrissait en O₂ durant son voyage souterrain dans la croûte, d'au minimum 1 nmol/cm³ de roche par jour. Selon les auteurs, ce taux ne pourrait être expliqué par d'éventuelles réactions chimiquesréactions chimiques qui surviennent dans le milieu, notamment en raison de la faible température qui y règne. En revanche, la présence des bactéries justifie bien les données collectées. Ainsi, elles seraient présentes dans la croûte océanique et respireraient de l'oxygène.