Les biologistes de l'Université de Syracuse étudient comment les eucaryotes microbiens se développent dans l'environnement hostile des lacs géothermiques. On estime qu’il existe environ 8,7 millions d’espèces d’eucaryotes sur Terre. Les eucaryotes sont caractérisés par un noyau et d'autres organites liés à la membrane dans la cellule. Bien que les gens associent souvent les eucaryotes aux animaux et aux plantes, ces formes d’eucaryotes ne constituent en réalité que deux des six grandes catégories d’eucaryotes.
Oliverio et Rappaport ont passé l'été à mener des recherches sur le terrain dans le parc national volcanique de Lassen en Californie, qui abrite de nombreux reliefs hydrothermaux. Source : Université de Syracuse
Une grande partie de la diversité eucaryote est constituée de micro-organismes unicellulaires appelés protistes. En étudiant ces organismes, les scientifiques peuvent explorer les voies évolutives qui expliquent la riche diversité et la complexité des eucaryotes. Grâce à ces études, nous pouvons en apprendre davantage sur le développement de la vie animale sur Terre, comme l’émergence de la multicellularité.
Alors que les chercheurs s'efforcent de mieux comprendre les mécanismes à l'origine de l'évolution des espèces terrestres, des questions demeurent sur la manière dont les eucaryotes microbiens s'adaptent aux environnements extrêmes de la Terre. Pour approfondir cette question, les scientifiques du département de biologie du Collège des arts et des sciences (A&S) étudient actuellement les organismes indigènes qui habitent certains des environnements les plus difficiles de la planète : des lacs géothermiques extrêmement chauds et acides.
Les biologistes A&S Angela Oliverio (à gauche) et Hannah Rappaport sur le plus grand lac géothermique des États-Unis, dans le parc national volcanique de Lassen, en Californie. Source de l'image : Université de Syracuse
Une équipe dirigée par le professeur adjoint de biologie Angela Oliverio est récemment revenue du parc national volcanique de Lassen en Californie, qui abrite le plus grand lac géothermique des États-Unis.
"Le lac est une caractéristique géothermique chauffée à la vapeur de sulfate acide, ce qui signifie qu'il est à la fois assez chaud (environ 52°C/124°F) et acide (environ pH 2)", a déclaré Oliverio, qui commencera à travailler à l'Université de Syracuse en 2022. "Cela en fait un environnement tout à fait unique pour étudier les acidophiles multiextrêmes, qui sont des organismes adaptés à deux ou plusieurs conditions extrêmes - dans ce cas, une température élevée et un pH faible."
Alors, comment ont-ils su rechercher la vie microbienne eucaryote dans un lac thermal en Californie ? Récemment, Oliverio et Hannah Rappaport, chercheuse au laboratoire d'Oliverio, ont publié conjointement un article de recherche dans Nature Communications. Dans cet article, l’équipe de recherche a établi une base de données qui comprend des recherches antérieures sur la recherche de vie eucaryote microbienne dans des environnements extrêmes. Plus précisément, ils ont analysé quelles lignées eucaryotes avaient été détectées plusieurs fois dans différentes études réalisées dans des conditions environnementales similaires.
Image d'une amibe (tache ronde grise en arrière-plan) et d'algues rouges (quatre ovales blancs au premier plan) prise par Hannah Rappaport à l'aide d'un microscope optique. Les échantillons ont été prélevés dans un lac géothermique du parc national volcanique de Lassen. Source de l'image : Université de Syracuse
"Nous avons découvert qu'il existe plusieurs souches d'amibes qui ont tendance à se trouver dans des environnements à température extrêmement élevée", a déclaré Oliverio. "Cela suggère que l'étude de ces souches pourrait avoir des implications significatives sur la façon dont les cellules eucaryotes s'adaptent à la vie dans des environnements à température extrêmement élevée."
Selon Oliverio, une étude spéciale menée par le laboratoire Gordon Wolfe de la California State University, Chico a montré qu'un type d'amibe appelé thermomoebae est abondant dans le lac géothermique du parc national de Lassen. Cependant, il n’existe actuellement aucune donnée génomique sur cet organisme. Déterminer comment cette créature s'est adaptée à des environnements aussi extrêmes pourrait élargir notre compréhension des types d'environnements de l'univers propices à la vie.
L'été dernier, Oliverio et Rappaport se sont rendus au parc national de Lassen pour en savoir plus sur ce protiste spécial et rechercher d'autres nouveaux eucaryotes extrémophiles. Au bord du lac, l'équipe a utilisé une longue perche en bambou avec une bouteille d'un litre collée dessus pour collecter des échantillons, ce qui n'est pas une mince affaire étant donné que l'eau du lac dépasse largement les 100 degrés Fahrenheit. Les bouteilles ont ensuite été renvoyées au laboratoire d'Oliverio à l'Université de Syracuse, où l'équipe isole actuellement des cellules individuelles pour le séquençage du génome et observe les caractéristiques de l'amibe au microscope.
Hannah Rappaport, chercheuse à l'Université de Syracuse, a plongé des bouteilles dans le lac chaud pour collecter des échantillons. En raison de la température chaude de l’eau et du sol instable, les chercheurs doivent maintenir une distance de sécurité lors de la collecte d’échantillons. Source de l'image : Université de Syracuse
Bien que l’on ignore encore beaucoup de choses sur la façon dont les eucaryotes s’adaptent aux environnements extrêmes, Oliverio espère que cette recherche contribuera à combler certaines des lacunes actuelles dans les connaissances.
Image d'une amibe (tache ronde grise en arrière-plan) et d'algues rouges (quatre ovales blancs au premier plan) prise par Hannah Rappaport à l'aide d'un microscope optique. Les échantillons ont été prélevés dans un lac géothermique du parc national volcanique de Lassen.
"Nous soupçonnons qu'il y a quelque chose de spécial dans la morphologie de cette amibe qui lui permet de persister dans ces lignées eucaryotes, mais le mécanisme reste inconnu", a-t-elle déclaré. "Sur la base de notre étude, nous émettons l'hypothèse que le transfert horizontal de gènes (le mouvement de l'information génétique entre les organismes) et l'élagage du génome (lorsqu'un génome supprime les gènes dont il n'a pas besoin) des bactéries, ainsi que l'expansion de familles de gènes particulièrement utiles, peuvent être quelques moyens par lesquels les protistes acquièrent une boîte à outils pour survivre dans des environnements extrêmes. "
La découverte de l'équipe à l'échelle du génome fournira d'importantes données manquantes pour la reconstruction de l'arbre de vie. "Cela approfondira encore notre compréhension de la répartition et de l'évolution de la vie sur Terre."