Lac Enigma en Antarctique : découverte d’un écosystème microbien isolé sous la glace

Une capsule temporelle vivante, figée dans les profondeurs du lac Enigma en Antarctique, abrite un écosystème unique, coupé du reste du monde depuis que sa surface a gelé de façon permanente.

Des scientifiques ont désormais prélevé des échantillons des microbes singuliers qui y ont survécu, dans une immense poche d’eau douce liquide située sous plus de 9 mètres de glace solide.

Cet écosystème pourrait exister dans cette poche sous la glace depuis 14 millions d’années. Le lac aurait alors gelé pour la première fois à la fin d’une période où la Terre était bien plus chaude.

Une poche d’eau liquide découverte sous le lac Enigma

On pensait que le lac Enigma était entièrement gelé. Il se trouve en effet dans les contreforts septentrionaux de l’Antarctique, entre les glaciers Amorphous et Boulder Clay, dans une région où la température moyenne atteint -14 °C.

Pour étudier sa composition, une équipe dirigée par les microbiologistes Francesco Smedile et Violetta la Cono, de l’Institut italien des sciences polaires, ainsi que par le géophysicien Stefano Urbini, de l’Institut national italien de géophysique et de volcanologie, a utilisé un radar à pénétration de sol. Les chercheurs ont ainsi détecté la poche de liquide dissimulée avant de forer pour en prélever de l’eau.

Ils ont pris des précautions particulières afin de ne pas contaminer ce biome protégé. Une foreuse électrique a servi à traverser les 3 premiers mètres de glace, puis les couches restantes ont été percées par fusion à tête thermique et par forage à l’eau chaude. Ces méthodes emploient, comme une sorte de foret liquide, de l’eau stérilisée et chauffée provenant des fragments de glace recueillis pendant le forage mécanique.

« Le lac Enigma abrite un écosystème microbien doté d’une biomasse élevée et d’une grande diversité phylogénétique, qui se distingue de tous les autres lacs antarctiques couverts de glace en permanence », écrivent les chercheurs.

« Les microbiotes planctonique et benthique du lac Enigma, scellés sous la glace, représentent probablement des organismes persistants hérités de l’ancien écosystème microbien du lac, avant sa prise en glace. »

Un écosystème microbien aux multiples formes

Les organismes découverts occupent différentes places dans un réseau alimentaire aquatique simple : certains assurent la production primaire par photosynthèse, tandis que d’autres pratiquent l’ectosymbiose ou la prédation.

Les chercheurs ont notamment trouvé différentes variétés de Pseudomonadota, d’Actinobacteriota et de Bacteroidota, ainsi qu’une abondance inattendue de Patescibacteria prospérant dans la colonne d’eau souterraine.

Une petite caméra a révélé que le fond du lac est recouvert de tapis microbiens riches en biodiversité. Ceux-ci sont dominés par des cyanobactéries productrices d’oxygène, absentes par ailleurs de la glace et de la colonne d’eau du lac.

Certains de ces tapis ressemblaient à un « épais tapis froissé », duquel émergeaient parfois de « grandes structures amorphes en forme d’arbres », hautes de 40 centimètres et larges de 60 centimètres de diamètre au maximum. À un autre point de forage, cette matière bactérienne visqueuse avait formé un paysage de pointes semblables à des dunes.

D’une profondeur d’au moins 12 mètres, la colonne d’eau est très stable, sous pression et stratifiée chimiquement. Les scientifiques pensent qu’elle est probablement « alimentée » par le glacier Amorphous voisin.

Les Patescibacteria du lac Enigma intriguent les chercheurs

La présence de membres du super-embranchement des Patescibacteria est particulièrement intéressante. Bien qu’ils aient déjà été observés ailleurs en Antarctique dans des milieux pauvres en oxygène, ils n’avaient encore jamais été repérés dans un lac couvert de glace.

Or, la colonne d’eau du lac Enigma présente des concentrations anormalement élevées d’oxygène dissous : ce n’est pas l’habitat habituel des Patescibacteria.

Ce super-embranchement représenterait une part importante de la diversité microbienne terrestre. Pourtant, il échappe à la détection par les cultures et les tests PCR, ce qui lui a valu le surnom de « matière noire microbienne ».

Ces bactéries sont extrêmement petites et simples, et ne possèdent pas nombre des capacités habituelles des autres microbes. Elles vivent par conséquent presque toujours en symbiose avec une bactérie ou une archée hôte.

« Les Patescibacteria ultraminuscules, en particulier, pourraient jouer dans l’écosystème du lac des rôles inhabituels qui ne se retrouvent pas dans les autres lacs antarctiques couverts de glace », notent les auteurs.

Ces travaux ont été publiés dans Communications Earth & Environment.