Lac Vostok Présentation
Depuis plus de 40 ans, la communauté scientifique, en particulier celle qui s'intéresse à la région de l'Antarctique, s'intéresse vivement au potentiel des écosystèmes lentiques sous-glaciaires. Des sondages sismiques ont montré qu'il existe en fait un lac sous-glaciaire situé sous la station Vostok, ainsi que dans de nombreuses autres régions de l'Antarctique. La découverte du lac Vostok a alimenté l’enthousiasme quant à la capacité de ces réservoirs sous-glaciaires à abriter un écosystème microbien totalement intact. La découverte d'une vie florissante au lac Vostok pourrait non seulement remettre en question les paradigmes scientifiques actuels concernant la microbiologie, mais précipiterait également une meilleure compréhension de la vie qui pourrait exister au-delà de la Terre sur les satellites joviens. Les implications de la découverte de la vie au lac Vostok aideraient non seulement les biologistes, mais faciliteraient également la capacité des astrobiologistes à comprendre - ou du moins à tenter de comprendre - comment la vie peut se développer sur d'autres planètes ou satellites planétaires. Compte tenu de ces vastes implications, l'importance de la recherche sur le potentiel d'habitabilité organique du lac Vostok est accentuée.
À la fin des années 1950, des scientifiques russes ont commencé à explorer la possibilité de lacs d'eau douce existant sous les immenses calottes glaciaires de l'Antarctique. On a émis l’hypothèse qu’en raison de la pression intense exercée sur le sol sous la calotte glaciaire, suffisamment de chaleur serait générée pour faire fondre une partie de la structure sous-glaciaire et permettre ensuite la formation d’un lac sous-glaciaire. Des sondages sismiques ont démontré plus tard qu'il existe en fait un lac sous-glaciaire résidant sous la station Vostok (Siegert 1999). Une étude de suivi menée par des chercheurs américains, britanniques et danois a utilisé des sondages radar envoyés dans la calotte glaciaire pour déterminer l'existence ou non de lacs sous-glaciaires. De tels sondages reflétaient des anomalies au-dessus de la station Vostok, ce qui a valu au lac le nom de lac Vostok (Siegert 1999). Ces preuves ont sans aucun doute enthousiasmé les scientifiques et ont alimenté le désir d’explorer le lac Vostok à la recherche de vie microbienne sous la calotte glaciaire.
Compte tenu de son environnement sec, couvert de glace et relativement désolé, il est difficile de croire que le continent Antarctique soit sismiquement actif. Le continent possède cependant des volcans actifs ainsi qu’une vallée du Rift active. Juste à l'ouest de l'emplacement du lac Vostok se trouve une vallée du rift très active connue sous le nom de [vallée] du rift antarctique occidental. L'emplacement du lac Vostok est à proximité de cette zone géologiquement active et l'activité qui s'y trouve peut contribuer à une source d'énergie potentiellement critique pour toute forme de vie vivant dans le lac : les sources hydrothermales. Ces systèmes de ventilation sont généralement situés dans ou à proximité des zones de propagation et de divergence tectoniques. Le rift ouest de l’Antarctique est un exemple d’un tel centre d’expansion. Les sources hydrothermales ont été étudiées comme avant-gardes benthiques de la vie bathypélagique. Cependant, tout comme pour les recherches sur le lac Vostok, la compréhension scientifique des communautés de sources hydrothermales est relativement nouvelle (Oreskes 2003). Même si l’attention portée aux sources hydrothermales n’a été accordée qu’au cours des 40 dernières années, ces sources et leurs communautés microbiennes associées ont été étudiées de manière approfondie. Les chercheurs ont découvert des modèles d’habitabilité dans les communautés de sources hydrothermales benthiques. Leurs découvertes pourraient permettre et améliorer la compréhension du potentiel d’habitabilité microbienne du lac Vostok.
Cependant, en raison de l'emplacement éloigné et quelque peu inaccessible du lac Vostok, les communautés de sources hydrothermales trouvées sur le lac peuvent héberger des communautés microbiennes qui diffèrent considérablement de celles qui ont été étudiées précédemment. Christner et coll. (2006) ont montré l'existence de certains organismes thermophiles et chimiolithotrophes sur ces sites. Kelly et coll. (2006) ont montré que le sulfure d'hydrogène, ou H 2 S, est un composé abondant qui est éjecté des sources hydrothermales. Ils ont également constaté que la concentration de colonisation microbienne était en corrélation avec l'abondance des éjections de H 2 S. Seul un certain type d’organisme hétérotrophe peut synthétiser ce composé. Ces organismes ont également été trouvés dans la glace accumulée au-dessus du lac Vostok. La présence de tels organismes peut indiquer une activité géothermique. Contrairement à leurs homologues marins qui, via une chaîne alimentaire complexe, tirent leur énergie du soleil, directement ou indirectement, les microbes du lac Vostok devraient s'appuyer sur une source d'énergie secondaire : les sédiments. Christner et coll. (2006) ont montré que l'écosystème unique et sans soleil de Vostok hébergerait probablement un réseau trophique secondaire à base inorganique ; celui qui dépend des minéraux et celui qui est de nature chimiolithotrophe. Les lithotrophes sont capables de synthétiser des matières inorganiques telles que des minéraux trouvés dans les sédiments du lit des lacs. Ces sédiments riches en minéraux se trouveraient absolument près du fond du lac Vostok. Étant donné que l’environnement de Vostok est dépourvu de lumière solaire, d’autres systèmes microbiens plus particuliers peuvent être trouvés habitant l’écosystème de Vostok. Priscu et coll . (1999) ont utilisé un coefficient de partage pour dériver une estimation de la teneur en carbone organique dissous (COD) à partir d'une carotte de glace extraite de la glace accumulée au-dessus du lac Vostok. Leurs découvertes montrent que la glace au-dessus de Vostok contient «… 1,2 mg C litre -1 lorsque la glace dans la carotte 3590 s'est accumulée» (Priscu et al. 1999). Ils ont également appliqué un coefficient de partage similaire à une carotte récupérée au Groenland et ont constaté que la teneur en COD était négligeable même après compensation des interférences anthropiques (Priscu et al . 1999). Compte tenu de la teneur élevée en COD trouvée dans le noyau 3590, Priscu et al. (1999) pensent que cela indique une activité hétérotrophe dans le lac. Si, en fait, des organismes hétérotrophes sont présents, la communauté scientifique peut s’attendre à ce qu’une communauté microbienne beaucoup plus complexe soit située au lac Vostok.
La découverte de la vie microbienne au lac Vostok aurait de vastes implications scientifiques. Ces implications sont cependant trop nombreuses et trop solides pour être articulées ici. Un domaine de recherche scientifique qui bénéficierait grandement de cette découverte est celui connu sous le nom d’astrobiologie. L'astrobiologie est l'étude de l'origine, de l'évolution et de la répartition de la vie extraterrestre. Le terme « vie » dans cette section fera désormais référence à la vie qui est de nature microbienne. Le début de « l’ère spatiale » a suscité un intérêt accru pour le potentiel d’une vie extraterrestre avancée et sensible résidant sur des planètes autres que la Terre. Avec les progrès de la technologie spatiale, les connaissances humaines relatives au voisinage planétaire du système solaire ont également progressé. Les progrès continus des connaissances liées à l’espace ont précipité l’annulation de l’idée selon laquelle des formes de vie avancées pourraient exister au-delà de la Terre (du moins dans ce système solaire particulier). À ce stade, la recherche et l’exploration se sont concentrées sur la vie microbienne. Un candidat potentiel à la vie microbienne n’est pas une planète mais un satellite planétaire. Le satellite jovien d'Europe a suscité - et continue de susciter - un intérêt considérable grâce aux informations recueillies grâce aux équipements d'observation. Il a été découvert que la surface d'Europe est constituée de glace et de nombreux scientifiques ont émis l'hypothèse que sous cette glace se trouve un immense océan. Le maintien de cet océan est dû à la flexion des marées infligée au satellite par l'attraction gravitationnelle massive de Jupiter. Europe fléchit littéralement à cause de cette attraction. La traction, à son tour, crée un effet chauffant sur la glace. De la même manière, le chauffage géothermique et la pression générée par l'énorme calotte glaciaire au-dessus du lac Vostok contribuent tous deux à l'existence continue du lac Vostok. La vie au lac Vostok faciliterait la capacité des astrobiologistes à émettre des hypothèses sur la vie microbienne qui pourrait exister sur Europe. Dans les deux cas, ni le lac Vostok ni Europe ne devraient abriter de producteurs, de consommateurs ou de vertébrés. Tout au plus, les deux peuvent être capables de fournir un habitat adéquat à la vie microbienne, de l’ordre chimiotrophique et/ou hétérotrophe. Compte tenu du manque de lumière solaire de Vostok et de la distance entre Europe et le Soleil, ni l'un ni l'autre n'est capable de supporter des organismes autotrophes.
Compte tenu des connaissances actuelles issues des sondages sismiques et radio, de la recherche sur les communautés hydrothermales benthiques et de diverses analyses bactériennes des carottes de glace au-dessus du lac Vostok, il est raisonnable de présumer que le lac Vostok abrite un écosystème microbien. La découverte officielle d’une telle vie sera un jour passionnant pour la communauté scientifique. Alors que le lac Vostok vient tout juste d’être atteint, nombreux sont ceux qui s’inquiètent de sa nature fragile. Cette préoccupation est valable dans la mesure où la communauté microbienne résidant dans le lac Vostok est restée intacte pendant plusieurs centaines de milliers d'années. Dans ces conditions, l’évaluation de la concentration et du contenu microbien s’avérera difficile pour les chercheurs. Cependant, la science a déjà fourni des exemples permettant de formuler des hypothèses sur la nature du lac Vostok. Les connaissances actuelles sur les vallées du Rift (zones de plaques divergentes) nous indiquent que les bouches hydrothermales se trouvent généralement à proximité de ces centres d'épandage et, étant donné la proximité du lac Vostok avec le rift antarctique occidental, on peut supposer qu'il existe une probabilité que de telles bouches soient trouvées sur le fond du lac. . De plus, les connaissances actuelles sur les communautés microbiennes qui prolifèrent à proximité de ces sites suggèrent quel type de microbes peuvent être trouvés. Les analyses de carottes de glace montrant la teneur en bactéries dans la glace accumulée au-dessus du lac suggèrent fortement une communauté microbienne florissante. Ces connaissances, ainsi que la pléthore d'informations disponibles, dressent un tableau de ce à quoi pourrait ressembler l'environnement unique du lac Vostok. Ces informations illustrent en outre à quoi peuvent ressembler les environnements propices à la vie sur le satellite jovien d’Europe. Les découvertes au lac Vostok auront de vastes implications pour les communautés scientifiques limnologiques et astrobiologiques.
Références citées
Christner, Brent J., Royston-Bishop, George, Foreman, Christine M., Arnold, Brianna R., Tranter, Martyn, Welch, Kathleen A., Lyons, Berry W… (2006). Conditions limnologiques dans le lac sous-glaciaire Vostok, Antarctique, Limnologie et océanographie , 51(6), 2485-2501.
Karl, DM, Bird, DF, Bjorkman, K., Houlihan, T., Shackelford, R., Tupas, L. (1999). Microorganismes dans la glace accumulée du lac Vostok, Antarctique, Association américaine pour l'avancement de la science , 286(5447), 2144-2147.
Kelly, N., Metaxas, A., Butterfield, David. (2007). Modèles spatiaux et temporels de colonisation par les invertébrés des évents hydéothermiques des grands fonds sur la crête Juan de Fuca, Pacifique NE, Aquatic Biology , 1 (1-16), 1-16.
Oreskes, Naomi. (2003). Un contexte de motivation : recherche océanographique de la marine américaine et découverte de sources hydrothermales au fond de la mer, Social Studies of Science , 33(5), 697-742.
Priscu, John C., Adams, Edward E., Lyons, Berry W., Voytek, Mary A., Mogk, David W., Brown, Robert L., McKay, Christopher P… (1999). Géomicrobiologie de la glace sous-glaciaire au-dessus du lac Vostok, Antarctique, Association américaine pour l'avancement de la science , 286(5447), 2141-2144.
Siegert, Martin, J. (1999). Lac Vostok en Antarctique : des spécialistes dans des disciplines allant de la glaciologie à l'ingénierie se préparent à explorer le plus grand lac sous-glaciaire du monde, American Scientist , 87(6), 510-517.