Dégel du pergélisol au Svalbard : les microbes se réactivent par étapes

L’Arctique donne souvent une impression d’éloignement et d’immobilité : la glace s’étire à perte de vue et le sol demeure gelé la majeure partie de l’année.

Pourtant, sous cette surface prise par le froid, se cache un système vivant capable de réagir très vite dès que les conditions évoluent.

Une nouvelle étude menée au Svalbard montre que le dégel du sol ne « réveille » pas tout le monde simultanément. Au contraire, le retour à l’activité se fait par paliers : certains microbes s’activent immédiatement, tandis que d’autres attendent plus longtemps.

Sol gelé, vie cachée

Fin mars, des scientifiques ont foré le pergélisol près de Ny Ålesund, au Svalbard. Ils ont prélevé un sol resté gelé pendant des années.

Dans ces échantillons, des communautés microbiennes étaient comme figées, conservées par les basses températures.

Une fois les prélèvements décongelés au laboratoire, l’équipe n’a pas observé une reprise uniforme. Elle a mis en évidence une succession d’étapes.

Selon les périodes, des microbes différents se sont remis en route, tandis que certains sont restés inactifs même après plusieurs mois.

Le réchauffement arctique s’accélère

L’Arctique se réchauffe plus rapidement que la plupart des régions du globe, et le Svalbard illustre nettement cette tendance.

Avec la hausse des températures, le sol gelé commence à s’assouplir : la couche qui dégèle chaque été s’épaissit et descend plus en profondeur.

L’enjeu est majeur, car les sols arctiques renferment d’immenses stocks de carbone. Tant qu’ils restent gelés, ce carbone demeure piégé.

Dès que le sol dégèle, les microbes peuvent le dégrader et libérer des gaz comme le dioxyde de carbone et le méthane.

Suivre les microbes actifs

Pour déterminer quels microbes étaient réellement actifs, les chercheurs ont utilisé une approche ingénieuse : ils ont ajouté de l’eau contenant une forme plus lourde d’oxygène.

Lorsque les microbes se multipliaient et recopiaient leur ADN, ils incorporaient cette eau « lourde ».

Les scientifiques pouvaient ainsi distinguer les microbes actifs des inactifs. L’analyse de l’ADN leur a permis d’identifier précisément quels organismes avaient grandi pendant l’expérience.

Libération immédiate de carbone

Les observations indiquent que l’activité a démarré presque instantanément. En quelques jours, le sol décongelé a commencé à émettre du dioxyde de carbone, sans phase d’attente.

Le pic d’émissions le plus marqué s’est produit durant les premières semaines, puis le rythme a ralenti. Cela laisse penser que le carbone le plus facilement accessible est rapidement consommé par les microbes de la première vague.

Ce résultat est préoccupant : même de courts épisodes de réchauffement pourraient suffire à déclencher des rejets de carbone depuis les sols arctiques.

Les microbes précoces dominent d’abord

Tous les microbes ne réagissent pas au même moment. La première reprise d’activité a été portée par des groupes à croissance rapide, notamment Actinobacteriota, Bacteroidota et Proteobacteria.

Ces microbes sont particulièrement efficaces pour dégrader une matière organique simple. Quand le sol dégèle, ils exploitent immédiatement ce qui devient disponible : ils réagissent vite et profitent des ressources fraîchement accessibles.

Après cette première phase, un autre ensemble de microbes s’est mis en activité, avec des groupes tels que Verrucomicrobiota et Planctomycetota.

Ces organismes se développent plus lentement. Ils s’attaquent à des composés carbonés plus complexes, qui subsistent après le passage de la première vague.

Il se dessine ainsi une séquence nette dans l’écosystème, où une communauté ouvre la voie à la suivante.

Des microbes étonnamment actifs

Un groupe s’est distingué par un comportement remarquable. Au départ, Bacteroidota ne représentait qu’une petite fraction de la communauté. Pourtant, à la fin de l’expérience, toutes les espèces détectées de ce groupe étaient devenues actives.

Ces microbes disposent d’outils leur permettant de décomposer des glucides complexes. Ils peuvent se déplacer sur les surfaces et trouver la nourriture de manière efficace. Même peu nombreux, ils jouent donc un rôle important.

L’étude a aussi mis au jour un point inattendu : certains microbes ne se contentent pas de consommer de la matière organique, ils se nourrissent d’autres microbes.

Des groupes comme Myxococcota et Bdellovibrionota se comportent en prédateurs. Ils traquent, attaquent et consomment d’autres cellules bactériennes. Ces prédateurs se sont activés pendant le dégel.

Leur apparition n’était pas identique dans le temps : certains ont été détectés tôt, d’autres plus tard. Cela suggère une toile alimentaire en construction, dans laquelle les populations de proies doivent d’abord augmenter avant que les prédateurs puissent prospérer.

De nombreux microbes restent inactifs

Malgré cette effervescence, une grande part de la communauté est restée en dormance. Environ la moitié des espèces détectées n’a montré aucune croissance.

Des groupes entiers n’ont pas réagi, y compris lorsque les conditions variaient. La température, à elle seule, ne suffisait pas à les activer.

Cela indique que d’autres facteurs régissent leur mise en route. Il leur faut peut-être des nutriments précis ou des signaux absents de l’expérience.

« Le dégel des sols dans l’Arctique n’active pas simplement l’activité microbienne comme un interrupteur », a déclaré le Dr James Bradley, co-auteur de l’étude.

« Nous avons constaté que seule une partie de la communauté réagit, et que cette réaction se construit dans le temps. Cela a des implications importantes pour la manière dont nous prédisons les rejets de carbone dans un Arctique qui se réchauffe. »

Les consommateurs de méthane apparaissent plus tard

Les chercheurs n’ont pas détecté de production de méthane dans les échantillons. En revanche, ils ont observé, au fil du temps, des indices d’activation de microbes consommateurs de méthane.

Ces microbes portent un gène associé à l’oxydation du méthane. À la fin de l’expérience, beaucoup d’entre eux avaient proliféré, même en l’absence de méthane.

« Nous avons constaté que certains microbes consommateurs de méthane ne deviennent actifs qu’après des périodes de dégel plus longues », a expliqué la Dr Margaret Cramm, autrice principale et Research Fellow à l’University College London.

« Cela suggère que l’impact des sols arctiques sur les flux de gaz à effet de serre pourrait augmenter au fil du temps, à mesure que les saisons de dégel s’allongent. »

Ces organismes pourraient alterner entre différentes sources de nourriture. Ils pourraient contribuer à réduire les niveaux de méthane plus tard au cours de la saison de dégel.

Un dégel plus long modifie la dynamique

À mesure que le réchauffement arctique se poursuit, les saisons de dégel s’étirent. Cela laisse davantage de temps aux microbes à croissance tardive pour entrer en activité.

Cela favorise aussi l’émergence d’interactions complexes. Les relations prédateurs-proies gagnent en importance, et davantage de types de métabolismes apparaissent progressivement.

Or, cette réponse en strates est rarement intégrée dans de nombreux modèles climatiques, qui supposent souvent une réaction microbienne simple et homogène.

Un seul carottage, un système complexe

L’étude portait sur une unique carotte de sol. Malgré cela, elle met en évidence un système extrêmement dynamique.

Les microbes n’agissent pas comme un bloc : leur reprise suit une séquence influencée par les ressources disponibles, le calendrier et les interactions.

Certains réagissent immédiatement, d’autres attendent. Les uns se nourrissent de matière organique, tandis que d’autres se nourrissent d’autres microbes. Beaucoup restent inactifs, en attente de conditions favorables.

Saisir cette complexité est essentiel. Ces microbes déterminent la manière dont le carbone circule entre les terres et l’atmosphère, et leur comportement pèse directement sur les processus climatiques.

Le sol gelé peut sembler immobile. Mais lorsqu’il dégèle, il révèle un système fait de mouvement, de temporalités et de transformations.