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Et de l’obscurité des abysses jaillit la vie

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Et de l’obscurité des abysses jaillit la vie

Une faune originale et thermorésistante étudiée in vivo et in vitro

 

En 1977, des géologues américains, embarqués à bord du submersible Alvin, explorent une zone à forte activité volcanique de la dorsale océanique des Galápagos. Ils y découvrent une faune diversifiée qui parvient à se développer malgré des conditions peu propices à la vie dans les abysses. Près de quarante plus tard, l'équipe « Adaptation aux milieux extrêmes » (AMEX) du laboratoire « Biologie des ORganismes et Ecosystèmes Aquatiques» (CNRS/UPMC/MNHN/IRD) est de cette aventure scientifique toujours aussi palpitante, en mer comme à terre…

 

Les animaux et micro-organismes présents dans les profondeurs abyssales doivent faire face à des sources d’énergie variables et à des pressions énormes. Comment parviennent-ils à surmonter l’absence de lumière pour s’orienter et se nourrir ? Comment les larves d’invertébrés se dispersent-elles ensuite dans des environnements fragmentés (sources hydrothermales, suintements froids, bois coulés ou carcasses de baleines) ? Ces organismes ont-ils un sixième sens ? Ou une capacité d’adaptation hors du commun ?

 

Crevette Mirocaris fortunata © Magali Zbinden

 

Pour répondre à ces interrogations, les membres de l’équipe AMEX travaillent sur des thématiques transversales (processus de colonisation de l’océan profond, interactions avec les bactéries, étude des réseaux trophiques, de l'effet de la température et de la pression sur les organismes…) et utilisent des méthodologies de pointe (expérimentation in vivo sous pression, séquençage haut débit, campagnes océanographiques).

 

Les scientifiques cherchent à mieux comprendre les adaptations des organismes aux habitats profonds chimio-synthétiques, par des approches focalisées sur les organismes et leur biologie fonctionnelle (écophysiologie, microbiologie, fonctionnement des symbioses…). Pour ce faire, ils étudient les caractéristiques moléculaires et cellulaires permettant la survie et la vie dans un environnement a priori agressif. Ils ont montré qu’il existait des similitudes écologiques et des proximités phylogénétiques entre les organismes d'environnements chimiosynthétiques profonds et littoraux, et des caractéristiques comparables en termes de variabilité (régimes thermiques, composition chimique…).

 

Une instrumentation sophistiquée pour reproduire à terre les conditions de vie en eaux profondes

Les instruments pressurisés (cellule de récolte isobare PERISCOP et aquariums IPOCAMP™ et BALIST) conçus par Bruce Shillito et Gérard Hamel (laboratoire IMPMC), permettent l'étude in vivo d’organismes profonds comme les crevettes et les crabes, ou encore les annélides, principaux modèles animaux. Ces prototypes d’aquariums font désormais le tour du monde et sont régulièrement mis à la disposition d'autres chercheurs et instituts. Une version destinée à l’observation par le grand public (Abyssbox™) a été développée pour la première exposition d'animaux marins vivant à proximité des sources hydrothermales et à 2.000 mètres de profondeur (Abyssbox, La vie sous pression, Océanopolis de Brest).

 

 

L'aquarium IPOCAMPTM installé à bord du « Pourquoi Pas ? », avec son système de capture vidéo © Magali Zbinden

 

Aquarium pressurisé IPOCAMP™. © Bruce Shillito

 

L’Homme, un danger pour la vie en profondeur ?

Les espèces bénéficiant d’apports d’origine hydrothermale ont développé une tolérance aux composés toxiques tels que les métaux lourds, émis par les fluides et se bioaccumulant le long de la chaîne trophique. D’un point de vue scientifique, les rides océaniques sont donc d’un intérêt majeur pour la description et la compréhension d’un écosystème marin encore très faiblement exploré. Mais elles ont aussi la faveur des groupes industriels qui espèrent pouvoir développer des activités d’exploration et d’exploitation des sulfures polymétalliques et autres ressources en hydrocarbures et en minéraux (suintements froids ou sources hydrothermales).

 

Les zones concernées s’étendent à la plupart des dorsales et bassins arrière-arc, et les conséquences environnementales d’une exploitation de ces ressources minières sont imprévisibles. Il est crucial de comprendre les facteurs permettant d’assurer la persistance de ces écosystèmes et de sensibiliser le grand public aux recherches et à la nécessité d'enrichir les connaissances sur l'océan profond en général.

 

Les différents axes de recherche de l’équipe AMEX

Réponse au stress environnemental

Les scientifiques étudient des espèces comme les annélides et les crustacés, qui colonisent des sites à forte variabilité thermique (sources hydrothermales profondes, estrans tempérés, milieu polaire…). Par exemple, l’annélide hydrothermale, Alvinella pompejana, qui est soumise à de très forts gradients de température avec des maxima thermiques dépassant les 60°C,  sert de modèle de métazoaire thermophile.

 

Une approche intégrée d’écophysiologie (études comportementales, métabolisme de base, réponse moléculaire) mettant en œuvre des techniques classiques d’expérimentation in vivo, de physiologie et de biologie moléculaire et des techniques plus innovantes d’expérimentation hyperbare, permet d’évaluer la réponse au stress thermique et leur capacité d’acclimatation à ces environnements hostiles.

 

Symbioses

Les scientifiques s’intéressent ici à la diversité, au fonctionnement et à l’évolution des systèmes symbiotiques, en lien avec leur environnement, en particulier chez les mollusques (bivalves et gastéropodes), les crustacés et les annélides. L’approche repose sur la biologie moléculaire, la microscopie, l’analyse isotopique, ainsi que sur des expérimentations in vivo.

 

Ces analyses intégratives qui portent sur des échantillons issus des campagnes et des échantillons prélevés en milieu côtier, permettent de comprendre les interactions et les échanges entre hôte et symbiontes, de comparer les habitats côtiers et profonds, et d’enrichir les connaissances encore limitées des symbioses chez les espèces côtières paradoxalement moins étudiées que les espèces profondes.

 

Colonisation et dispersion en milieux marins profonds

Le fort taux d’endémisme trouvé pour les espèces colonisant les sources hydrothermales suppose des capacités de dispersion réduites. Or ces habitats éphémères sont parfois espacés de plusieurs centaines voire milliers de kilomètres. La colonisation rapide de ces habitats suggère que les larves sont continuellement présentes dans la colonne d’eau et sont capables d’exploiter l’arrivée d’un nouvel habitat à tout moment.

 

La biologie de ces organismes marins pose encore de nombreuses questions. Sont-ils gonochoriques (ne changent pas de sexe pendant toute la durée de leur vie) ou hermaphrodites (possèdent les deux sexes ou changent de sexe au cours de leur vie) ? La reproduction est-elle continue ou saisonnière ? Combien de temps les larves séjournent-elles dans la colonne d’eau ? Sont-elles capables de résister à des variations de température ou de pression ? Y-a-t-il une transmission maternelle des bactéries des ovocytes à l’embryon ?

 

Des expériences in vivo et in vitro sont réalisées au laboratoire. Diverses techniques de microscopie sont utilisées : fluorescence in situ, électronique à balayage et à transmission. L’utilisation d’outils traceurs de la dispersion tels que les isotopes stables de l’O18 et du C13, les éléments traces, la génétique des populations ainsi que la modélisation seront entrepris.

 

Appareillages pressurisés pour l’expérimentation in vivo

L’étude écophysiologique in vivo d'animaux et d’organismes marins évoluant à plusieurs milliers de mètres de profondeur, et ne survivant habituellement pas à la récolte, a été rendue possible grâce au développement d'enceintes pressurisées. Développés puis validés sur le terrain entre 2006 et 2012, les instruments PERISCOP, IPOCAMPTM et BALIST permettent de récolter puis de transférer des organismes profonds vers un mésocosme approprié sans chute de pression.

 

Cellule de récolte PERISCOP™ prise en main par le sous-marin. © Ifremer

 

Ces dispositifs permettent d’aborder les aspects dynamiques de la biologie des organismes hydrothermaux, via l’étude des réponses biologiques dans des contextes expérimentaux contrôlés. De façon plus générale, ils servent également à observer des animaux dans leur état physiologique « naturel » et à connaître et affiner les réponses moléculaires qui pourraient par ailleurs être masquées par une réponse massive au stress de la récolte.

  

Pour en savoir plus :

Laboratoire « Biologie des ORganismes et Ecosystèmes Aquatiques » (MNHN/CNRS/UPMC/IRD)Nouvelle fenêtre, équipe « Adaptations aux milieux extrêmes »

 

AbyssBox, la Vie sous Pression (extrait)Nouvelle fenêtre (Producteurs : Com On Planet & Océanopolis / Brest, en partenariat avec l'IFREMER et l'UPMC – Diffuseurs : Film Institutionnel - 2012, 4’ et 19’)

 

La page Facebook de la mission Biobaz (août 2013)Nouvelle fenêtre



12/11/13