Les scientifiques de l'Observatoire du Carbone Profond (DCO) transforment notre compréhension de la vie au plus profond de la Terre, et peut-être sur d'autres mondes. Leurs découvertes suggèrent qu'une vie abondante pourrait exister dans la sous-surface d'autres planètes et lunes, même là où les températures sont extrêmes et où l'énergie et les nutriments sont rares. Ils ont également découvert que toute la vie cachée dans la Terre profonde contient des centaines de fois plus de carbone que toute l’humanité, et que la biosphère profonde est presque le double du volume de tous les océans de la Terre.
«Les modèles existants du cycle du carbone… sont toujours en cours d'élaboration.» - Dr Mark Lever, Comité directeur de la communauté Deep Life de DCO. »
L'ACD n'est pas une installation, mais un groupe de plus de 1 000 scientifiques de 52 pays, dont des géologues, des chimistes, des physiciens et des biologistes. Ils approchent de la fin d'un projet de 10 ans pour étudier comment le cycle du carbone profond affecte la Terre. 90% du carbone de la Terre se trouve à l'intérieur de la planète, et l'ACD est notre premier effort pour vraiment le comprendre.
L'ACD est une entreprise mondiale. Des équipes de scientifiques ont exploré certaines des mines les plus profondes de la Terre, creusé plus profondément que jamais le fond de l'océan et examiné les volcans dans leurs efforts pour comprendre le cycle profond du carbone de la Terre. Et ils ne sont pas encore tout à fait finis.
Ils ont découvert un monde souterrain étrange qui contient entre 245 et 385 fois plus de carbone que toute l'humanité. Selon le DCO, 70% des bactéries et des archées terrestres vivent sous terre, et elles existent dans le sous-sol le plus profond connu. Et certains d'entre eux sont des zombies.
Certains d'entre eux existent dans des environnements extrêmement pauvres en énergie et en nutriments. Ils grandissent à peine et dépensent leurs ressources disponibles pour subvenir à leurs besoins plutôt que pour se reproduire. Ces bactéries «zombies» peuvent vivre des millions d'années sans se reproduire, une découverte étonnante ayant des implications pour l'histoire de la vie sur Terre et l'existence de la vie sur d'autres mondes.
Pour approfondir le travail de l'ACD, j'ai parlé au Dr Mark Lever, géomicrobiologiste et professeur à l'Institut fédéral suisse de technologie de Zurich. Le Dr Lever fait également partie du comité directeur de la communauté Deep Life de DCO, et il nous donne un meilleur aperçu du travail de l’ACD, de ce que l’avenir nous réserve et de ses implications pour Search for Life.
Ce qui suit sont des extraits d'une interview par courriel avec le Dr Lever discutant du cycle du carbone profond et de la vie au plus profond de la Terre.
UT: Je sais que les scientifiques hésitent trop à spéculer, pour une bonne raison. Mais Space Magazine est avant tout un site Web consacré aux sciences spatiales, et je sais que nos lecteurs se demanderont comment ces connaissances se rapportent à la recherche de la vie dans notre système solaire. Mars? Lunes de glace? D'autres mondes?
ML: «Il a été beaucoup question d'utiliser les connaissances fondamentales acquises en étudiant le cycle profond du carbone de la Terre pour explorer l'habitabilité et le cycle du carbone sur d'autres planètes et lunes planétaires de notre système solaire. Semblable à la planète Terre, qui a une biosphère riche et vaste dans sa roche souterraine et ses environnements sédimentaires, ces planètes et leurs lunes peuvent avoir une biosphère prolifique et diversifiée sous leurs surfaces souvent inhabitables. »
"... notre planète pourrait se révéler ... le terrain d'essai parfait pour les technologies qui permettront la découverte et l'étude détaillée de la vie ailleurs dans notre système solaire et au-delà." - Dr Mark Lever.
«De nombreuses technologies utilisées pour explorer la vie profonde sur Terre, y compris les technologies de forage qui permettent d'accéder à des échantillons sans contamination à des kilomètres sous le fond marin ou des formations glaciaires antarctiques profondes, ainsi qu'aux outils et instruments de surveillance automatisés sophistiqués qui ont été développés , sera essentiel pour explorer ces systèmes extraterrestres. »
"Notre planète pourrait s'avérer - en partie parrainée par l'ACD - le terrain d'essai parfait pour les technologies qui permettront la découverte et l'étude détaillée de la vie ailleurs dans notre système solaire et au-delà."
«Je pense également que les connaissances scientifiques sont pertinentes pour la découverte et la découverte de la vie sur d'autres planètes. L'un des principaux axes de recherche de l'Observatoire du Carbone Profond est d'identifier les limites de la vie - et du cycle biologique du carbone - sur Terre. Quelles variables déterminent où la vie peut ou ne peut pas exister sur Terre? Everett Shock a judicieusement inventé le terme «frange biotique» pour décrire cette frontière imaginaire dans des conditions environnementales qui sépare l'habitable de l'inhabitable. »
«L'intérieur de la Terre est un endroit très prometteur pour explorer cette frange biotique, en raison de la vaste gamme de conditions en termes de température, pH, pression, espace des pores, concentrations de nutriments et disponibilité d'énergie qui s'y trouvent. Plusieurs expéditions (DCO) ont réussi à forer dans des sédiments profonds et des formations rocheuses et ont pu documenter comment la biomasse et l'abondance de la vie diminuent progressivement jusqu'à ce que la vie soit proche ou inférieure à la limite de détection. »
"Si la vie sur les corps extraterrestres partage la même biochimie ou une biochimie similaire à la vie sur Terre, alors une compréhension de ce qui contrôle et limite la distribution de la vie sur Terre est susceptible d'être pertinente pour ces autres corps extraterrestres."
«En termes de corps planétaires que nous avons commencé à explorer plus en détail, notre taille d'échantillon actuelle est de 1. La mesure dans laquelle nos interprétations sont correctes ou même universelles ne peut être déterminée qu'en étudiant des corps planétaires supplémentaires au-delà de celui que nous vivons actuellement. sur."
UT: Cette nouvelle connaissance du cycle du carbone de la Terre et de la biosphère profonde aura-t-elle un impact sur notre compréhension du changement climatique, non seulement maintenant mais dans un passé plus profond?
ML: «L'objectif du cycle du carbone profond est d'améliorer la compréhension fondamentale du cycle du carbone depuis la formation de la Terre. La plupart de ces recherches sont fondamentalement pertinentes pour les changements climatiques actuels et passés dans la mesure où elles contribuent à une meilleure compréhension des facteurs qui contrôlent les échanges de carbone entre le «monde de surface» - l'atmosphère, l'hydrosphère et la couche la plus externe de la lithosphère - et la "Sous-sol profond", c'est-à-dire la majeure partie de la planète qui se situe entre quelques mètres et des milliers de kilomètres sous la couche la plus externe de la lithosphère. "
"Même les moindres changements dans les échanges de carbone entre la surface et le monde souterrain auraient des conséquences dramatiques sur le climat de la Terre - à tout moment de son histoire." - Dr Mark Lever.
"La compréhension de ces échanges est extrêmement importante pour comprendre les changements climatiques passés, contemporains et futurs, car la quantité de carbone présente dans le" monde de surface "ne représente probablement qu'un dix millième de la quantité de carbone présente dans les sédiments souterrains à l'échelle mondiale, et peut-être seulement le cent millionième de la quantité de carbone qui est présente dans la croûte terrestre et le manteau supérieur. »
"Même les moindres changements dans les échanges de carbone entre la surface et le monde souterrain auraient des conséquences dramatiques sur le climat de la Terre - à tout moment de son histoire."
UT: La biosphère profonde aurait-elle pu jouer un rôle dans la récupération de la Terre après des événements d'extinction comme l'extinction permienne-triasique? C’est une question énorme, mais existe-t-il un moyen de comprendre la biosphère profonde dans le passé et comment elle a pu évoluer au fil du temps?
ML: «Le lien le plus direct que je puisse voir avec l'extinction du Permien et du Trias va dans l'autre sens: il est prouvé qu'à peu près à la même époque, que ce soit lié à des impacts météoriques importants ou non, il y a eu une augmentation du rejet de méthane les hydrates de méthane, c'est-à-dire la «glace de méthane» qui se forme à basse température et sous haute pression dans le fond marin. »
«La majeure partie du méthane et de l'hydrate de méthane qui sont présents dans le fond marin sont probablement produits par des micro-organismes vivant de plusieurs mètres à des centaines de mètres sous le fond marin. La libération brutale de vastes quantités du méthane puissant des gaz à effet de serre, qui était en grande partie produit par des micro-organismes de la biosphère profonde, a peut-être contribué à l'extinction du Permien et du Trias. »
«Il y a des micro-organismes dans les océans qui mangent du méthane et respirent de l'oxygène. Lorsque la quantité de méthane dissous a augmenté, ces micro-organismes peuvent avoir épuisé tout l'oxygène dissous dans certaines parties des océans et contribué à l'extinction de nombreux animaux marins qui ont besoin d'oxygène dissous pour respirer et survivre. »
UT: Je continue de penser à la biosphère profonde comme une sorte de «chambre forte» pour le matériel génétique terrestre, une sorte de garde par inadvertance. Pensez-vous que cette idée soit exacte?
ML: "J'aime beaucoup le concept de" voûte ", et je pense qu'il a du sens parce que certains types d'environnement de l'intérieur de la Terre, par ex. les roches ultramafiques, la croûte basaltique, sont probablement restées assez similaires depuis l'origine de la vie il y a environ quatre milliards d'années.
"L'idée microbienne de" voûte "s'applique probablement principalement aux organismes vivants, qui ont des mécanismes pour réparer leurs informations génétiques, c'est-à-dire l'ADN et l'ARN."
«Il semble peu probable que nous puissions jamais récupérer des séquences de gènes intactes des premiers organismes vivants de la Terre dans la biosphère profonde.» - Dr Mark Lever, DCO.
«L'ADN et l'ARN sont d'excellentes sources d'énergie et de nutriments pour de nombreux micro-organismes, et rapidement dégradés par ceux-ci s'ils sont libérés dans l'environnement. Ils sont également détruits par des réactions chimiques spontanées - qui se produisent même dans les cellules vivantes. Les cellules vivantes peuvent détecter la plupart de ces mutations spontanées, les réparer et ainsi conserver des informations génétiques intactes qui leur permettent de rester en vie. L'ADN ou l'ARN d'organismes morts n'est cependant pas réparé. »
«De petites quantités de séquences d'ADN ou d'ARN relativement intactes peuvent être préservées dans des habitats souterrains sur des périodes de milliers d'années, voire quelques millions d'années, mais peut-être pas au-delà. Il semble peu probable que nous puissions jamais récupérer des séquences de gènes intactes des premiers organismes vivants de la Terre dans la biosphère profonde. »
UT: Le DCO a fait de superbes découvertes. Quelle est la prochaine étape pour l’ACD et quelle sera, selon vous, l’orientation des futures recherches sur la biosphère profonde?
ML: «La période de financement de l'ACD par le biais de la Fondation Alfred P. Sloan se termine à l'automne 2019. Une grande conférence finale se tiendra à la National Academy of Sciences à Washington DC en octobre prochain, au cours de laquelle les 10 ans d'existence de l'ACD sera célébrée et les orientations futures de la science profonde du carbone seront explorées. »
«Il existe de nombreuses discussions parmi les scientifiques de DCO concernant les moyens de maintenir cette communauté diversifiée et interdisciplinaire de géophysiciens, géologues, géochimistes et microbiologistes. Un événement qui va continuer à nous rassembler est une conférence de recherche Gordon sur le thème «Deep Carbon Science», qui a eu lieu pour la première fois à l'été 2018 et - en raison de son grand succès - devrait avoir lieu tous les deux ans à partir de maintenant. "
«Une direction importante est l'importance des tremblements de terre pour soutenir la biosphère profonde. Les tremblements de terre créent un nouvel habitat pour les micro-organismes en fracturant la croûte terrestre et en permettant aux microbes de coloniser ces fractures et d'accéder à des sources d'énergie dérivées des roches, telles que le fer réduit. Les tremblements de terre pompent également des fluides de source profonde qui sont riches en substrats d'énergie microbienne, tels que l'hydrogène ou le méthane, de l'intérieur de la Terre inhabitable vers des zones habitables moins profondes et peuvent ainsi permettre à la vie profonde de proliférer lors des cycles d'expansion et de récession dans les régions sismiquement actives. "
UT: Selon vous, quelle est la découverte la plus excitante provenant de l'ACD?
"… La fenêtre d'opportunité pour des découvertes scientifiques fondamentales concernant le cycle du carbone de la Terre reste vaste." - Dr Mark Lever, DCO.
«Pour moi, la découverte la plus excitante est peut-être que le flux volcanique de CO2 dans l'atmosphère est deux fois plus élevé que ce que l'on pensait auparavant. Cette découverte - ainsi que de nombreuses autres données par le DCO - montre comment les modèles existants du cycle du carbone, en particulier en ce qui concerne les échanges de carbone entre la surface et le monde souterrain, sont toujours en cours. En conséquence, la fenêtre d'opportunité pour des découvertes scientifiques fondamentales concernant le cycle du carbone de la Terre reste vaste. "
- Site Web de l'Observatoire Deep Carbon
- Site Web du Center for Dark Energy Biosphere Investigations
- Communiqué de presse DCO: La vie dans les terres profondes totalise 15 à 23 milliards de tonnes de carbone - des centaines de fois plus que les humains
