CSP1-3 : un nouveau phylum bactérien des sols profonds

Le sol sous nos pieds grouille de formes de vie discrètes et énigmatiques - peut-être davantage que n’importe quel autre milieu sur Terre.

Des scientifiques viennent d’y repérer un tout nouveau phylum bactérien, très abondant et largement répandu dans la « forêt sombre » des sols profonds.

CSP1-3, un nouveau phylum bactérien des sols profonds

Ce phylum candidat, baptisé CSP1-3, a été détecté pour la première fois en 2006 dans les systèmes géothermiques de Yellowstone. Depuis, des organismes apparentés ont été observés dans des sols profonds oligotrophes - par exemple sous les forêts tropicales humides - ainsi que dans des sols du sous-sol où le fer s’oxyde.

En s’appuyant sur des données métagénomiques de haute qualité, une équipe internationale est enfin parvenue à assembler un catalogue génomique complet de ce phylum bactérien.

Selon les chercheurs, ces résultats apportent des « éclairages profonds » sur la manière dont ces bactéries parviennent à subsister loin sous la surface, en se nourrissant du peu de carbone et d’azote qui percole depuis les couches supérieures.

L’équipe estime que ces microbes encore très mystérieux participent de façon importante aux cycles de l’énergie et des éléments dans les sols profonds - des environnements qui n’existent que depuis moins de 10 % de l’histoire de notre planète.

Domination dans la « forêt sombre » du sous-sol

« La plupart des gens penseraient que ces organismes sont simplement comme des spores ou en dormance », explique le microbiologiste James Tiedje de la Michigan State University (MSU), qui a contribué aux travaux.

« Mais l’une de nos principales découvertes, obtenue en examinant leur ADN, est que ces microbes sont actifs et qu’ils croissent lentement. »

Les échantillons de sols profonds étudiés par Tiedje et ses collègues proviennent des États-Unis et de Chine, à des profondeurs allant jusqu’à 22 mètres.

CSP1-3 dominait nettement ces écosystèmes cachés, représentant 60 % des communautés à certaines profondeurs (comme à 17 et 22 mètres). Tiedje souligne qu’un tel niveau de domination ne s’observe jamais dans les communautés microbiennes des sols de surface.

« Je pense que cela s’est produit parce que le sol profond est un environnement très différent, dit-il, et que ce groupe d’organismes a évolué sur une longue période pour s’adapter à ce milieu de sol appauvri. »

Les sols profonds manquent d’énergie et sont pauvres en nutriments. Bien que cet écosystème soit peu étudié, des études récentes indiquent que les microbes qui y vivent présentent une diversification bien plus grande qu’on ne le croyait.

Les populations microbiennes des sols de surface - qui ne descendent qu’à 30 centimètres - sont beaucoup plus densément regroupées que celles présentes jusqu’à des centaines de mètres de profondeur. Pourtant, le nombre total d’individus serait en réalité assez comparable ; dans les sols profonds, ils sont simplement davantage dispersés.

Gaz, gènes et évolution : comment CSP1-3 survit

Même si les membres du phylum ont probablement évolué pour optimiser leur propre niche, les auteurs de l’étude indiquent qu’ils partagent tous une capacité d’oxydation aérobie du monoxyde de carbone (CO). Ce mécanisme peut améliorer la survie des bactéries lorsque les nutriments viennent à manquer.

Le phylum présente aussi des indices d’un métabolisme de l’hydrogène.

Les auteurs rappellent que le CO comme l’hydrogène sont des sources d’énergie omniprésentes. Ainsi, la faculté d’utiliser ces gaz pour produire de l’énergie « peut conférer un avantage sélectif majeur » dans des sols fortement lessivés, où d’autres nutriments sont rares.

Dans leur catalogue génomique, Tiedje et ses collègues - sous la direction de la microbiologiste Wenlu Feng, de la Northwest A&F University en Chine - ont mis en évidence une lignée particulière qui semble avoir vécu dans un milieu aquatique avant de s’adapter à la colonisation des sols.

Lors de ce passage évolutif, ces microbes auraient pu acquérir toute une série de gènes liés au métabolisme des glucides et à la production d’énergie, ce qui les aurait probablement aidés à faire face aux fluctuations fréquentes de la disponibilité en nutriments.

« Si ces études ont fourni des indications préliminaires sur le potentiel métabolique du phylum CSP1-3, des efforts systématiques pour interpréter sa phylogénie, sa signification écologique, ses adaptations environnementales et sa trajectoire évolutive restent inconnus », écrivent les auteurs.

D’après certaines estimations, jusqu’à 99.999 % des microbes terrestres ne seraient pas connus de la science ; et, parmi le trillion d’espèces supposées exister, plus de 90 % pourraient se trouver sous la surface. CSP1-3 n’est qu’une énigme parmi d’autres.

« CSP1-3 sont les charognards qui nettoient ce qui a traversé la couche superficielle du sol, dit Tiedje. Ils ont un travail à faire. »

Tiedje, Feng et leurs collègues souhaitent maintenant tenter de cultiver des microbes CSP1-3 en laboratoire afin d’observer concrètement comment ils accomplissent ce travail.

L’étude a été publiée dans PNAS.