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Microorganisms in Warming Arctic Environments

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La réponse des microbes au changement climatique offre un aperçu sur l’avenir de l’Arctique

Un réseau financé par l’UE fait progresser notre compréhension de la façon dont les microbes identifiés en Arctique réagissent au réchauffement de leur environnement et régulent leurs cycles biochimiques. Tout comme d’autres processus environnementaux critiques, les acteurs les plus minuscules ont la plus grande incidence sur le résultat final.

Changement climatique et Environnement

L’Arctique joue un rôle essentiel dans l’équilibre du climat de la planète. Les modifications survenant dans cette région polaire auront des répercussions ressenties aux altitudes les plus basses. Le fait que le permafrost contienne près de deux fois la quantité de carbone présente dans l’atmosphère terrestre constitue une information très inquiétante. À mesure que le permafrost se réchauffe, les microbes présents dans le sol «se réveillent» et participent aux processus qui stimulent la libération des dépôts de carbone sous forme de gaz à effet de serre, de CO2 et de méthane. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet MicroArctic a été mis en place pour faire progresser notre compréhension de la capacité des colonies microbiennes à s’adapter au réchauffement rapide de l’Arctique et de leurs réponses en matière de cycles biogéochimiques. Le programme a formé 15 chercheurs en début de carrière en microbiologie et en biogéochimie, afin de répondre au besoin de gouvernance et d’encadrement en matière d’intérêts publics, politiques et commerciaux dans la région. Les chercheurs du projet ont mesuré à plusieurs reprises les variations temporelles et spatiales des colonies microbiennes au sein de différents habitats arctiques (sol, glaciers et air) et ont étudié l’interaction des microbes avec le climat local. Ils ont, en outre, réalisé des analyses stratigraphiques portant sur les structures et les fonctionnalités des colonies microbiennes à un niveau moléculaire, ainsi que des mesures géochimiques et minéralogiques dans les chronoséquences des avant-fronts de glaciers et dans les dépôts du permafrost. «L’étude des dynamiques de populations spécifiques et des réponses au changement climatique est essentielle à l’évaluation de la plasticité et de la résilience de l’habitat face à un climat qui se réchauffe. Cela permet également d’élaborer des stratégies qui aident à réduire les dommages subis par les écosystèmes arctiques riches en biodiversité», observe Alexandre Anesio, coordinateur du projet MicroArctic.

D’anciens microbes du sol affectent le climat arctique et libèrent des maladies

Le réchauffement planétaire accélère la fonte du permafrost, ce qui provoque la libération d’énormes quantités de méthane, un puissant gaz à effet de serre, dans notre atmosphère. Les chercheurs du projet ont démontré que cette libération directe de méthane peut provenir de colonies microbiennes (matière organique gelée) qui se sont formées dans le permafrost il y a des milliers d’années. Les scientifiques anticipent la libération de quantités importantes de méthane issues de ces anciens microbes, à la suite du réchauffement planétaire et de la fonte du permafrost. Ils ont également analysé des bactéries potentiellement pathogènes isolées de divers habitats de l’île de Spitzberg, en Norvège. «Les hémolysines (lipides et protéines), qui sont sécrétées par divers organismes, provoquent la lyse des globules rouges en perturbant la membrane cellulaire. Elles pourraient largement contribuer à l’identification des virus dans les modèles animaux. L’hémolyse a été observée chez 32 des 78 espèces de bactéries isolées des habitats arctiques», remarque Alexandre Anesio. Cette découverte du projet est publiée ici.

L’activité microbienne ne s’arrête pas en hiver

Le début de la saison estivale est une période critique qui stimule l’augmentation de l’activité microbienne et du cycle des nutriments. MicroArctic a identifié des impulsions ioniques de nutriments, au cours de la première fonte de la saison estivale, qui font exploser les efflorescences algales à la surface de l’inlandsis du Groenland. Ces impulsions semblent également accélérer la fonte des glaciers, au cours d’un processus non comptabilisé dans les modèles actuels relatifs au changement climatique. Bien que les processus biologiques ralentissent en hiver, MicroArctic a démontré que les microbes peuvent rester actifs à des températures bien inférieures à ce que l’on pensait. «À travers des simulations en laboratoire, nous avons démontré que l’activité microbienne et les processus biogéochimiques actifs peuvent avoir lieu même au cours des périodes les plus froides et sombres de l’hiver. Cette découverte pourrait permettre de mener des opérations d’échantillonnage de microbes tout au long de l’année, et pas uniquement durant la période de fonte de l’Arctique», explique Alexandre Anesio. Les interactions et la plasticité des espèces aident les microbes de l’Arctique à s’adapter, à survivre et à se développer dans des conditions extrêmes. Une meilleure connaissance de leur biodiversité et de leurs interactions renforce la nécessité de protéger l’environnement arctique pour les générations futures.

Mots‑clés

MicroArctic, Arctique, microbe, permafrost, méthane, colonies microbiennes, plasticité, réchauffement planétaire, fonte

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