la vie a traditionnellement été considérée comme entraînée par l’énergie du soleil, mais les organismes des grands fonds n’ont pas accès à la lumière du soleil, de sorte que les communautés biologiques autour des évents hydrothermaux doivent dépendre des nutriments trouvés dans les dépôts chimiques poussiéreux et les fluides hydrothermaux dans lesquels ils vivent. Auparavant, les océanographes benthiques supposaient que les organismes de ventilation dépendaient de la neige marine, comme le sont les organismes des grands fonds. Cela les laisserait dépendants de la vie végétale et donc du soleil., Certains organismes hydrothermaux consomment cette « pluie », mais avec seulement un tel système, les formes de vie seraient rares. Cependant, par rapport au fond marin environnant, les zones hydrothermales ont une densité d’organismes 10 000 à 100 000 fois supérieure.
Les évents hydrothermaux sont reconnus comme un type d’écosystèmes basés sur la chimiosynthèse (CBE) où la productivité primaire est alimentée par des composés chimiques comme sources d’énergie au lieu de la lumière (chimioautotrophie). Les communautés d’évents hydrothermaux sont capables de maintenir de si grandes quantités de vie parce que les organismes d’évents dépendent des bactéries chimiosynthétiques pour se nourrir., L’eau de l’évent hydrothermal est riche en minéraux dissous et soutient une grande population de bactéries chimioautotrophes. Ces bactéries utilisent des composés soufrés, en particulier le sulfure d’hydrogène, un produit chimique hautement toxique pour la plupart des organismes connus, pour produire de la matière organique par le processus de chimiosynthèse.,
communautés Biologiquesmodifier
L’écosystème ainsi formé dépend de l’existence continue du champ des évents hydrothermaux comme principale source d’énergie, qui diffère de la énergie solaire., Cependant, bien qu’il soit souvent dit que ces communautés existent indépendamment du soleil, certains organismes dépendent en fait de l’oxygène produit par les organismes photosynthétiques, tandis que d’autres sont anaérobies.,
une faune dense (anomurans Kiwa et balanes à tiges ressemblant à des Vulcanolepas) près des évents de la dorsale Scotia de L’est
les vers tubulaires géants (riftia pachyptila) se regroupent autour des évents du Rift des Galapagos
Les bactéries chimiosynthétiques se développent en un tapis épais qui attire d’autres organismes, tels que les amphipodes et les Copépodes, qui broutent directement sur les bactéries., Les organismes plus gros, tels que les escargots, les crevettes, les crabes, les vers tubulaires, les poissons (en particulier la zostère, l’anguille fardée, les ophidiiformes et Symphurus thermophilus) et les pieuvres (notamment Vulcanoctopus hydrothermalis), forment une chaîne alimentaire de relations entre prédateurs et proies au-dessus des principaux consommateurs. Les principales familles d’organismes trouvés autour des évents du fond marin sont les annélides, les pogonophores, les gastéropodes et les crustacés, avec de grands bivalves, des vers vestitimentifères et des crevettes « sans yeux » constituant la majeure partie des organismes non microbiens.
vers tubulaires Siboglinidés, qui peuvent atteindre plus de 2 m (6.,6 pi) de haut chez les plus grandes espèces, forment souvent une partie importante de la communauté autour d’un évent hydrothermal. Ils n’ont pas de bouche ou de tube digestif et, comme les vers parasites, absorbent les nutriments produits par les bactéries dans leurs tissus. Environ 285 milliards de bactéries sont trouvées par once de tissu tubeworm. Les vers tubaires ont des panaches rouges qui contiennent de l’hémoglobine. L’hémoglobine se combine avec le sulfure d’hydrogène et le transfère aux bactéries vivant à l’intérieur du ver. En retour, les bactéries nourrissent le ver avec des composés de carbone., Deux des espèces qui habitent un évent hydrothermal sont Tevnia jerichonana et riftia pachyptila. Une communauté découverte, surnommée « Eel City », se compose principalement de L’anguille Dysommina rugosa. Bien que les anguilles ne soient pas rares, les invertébrés dominent généralement les évents hydrothermaux. Eel City est situé près de nafanua volcanic cone, Samoa américaines.
en 1993, on connaissait déjà plus de 100 espèces de gastéropodes dans les évents hydrothermaux. Plus de 300 nouvelles espèces ont été découvertes dans des évents hydrothermaux, dont beaucoup sont des « espèces sœurs » de celles trouvées dans des zones géographiquement séparées., Il a été proposé qu’avant que la plaque nord-américaine ne dépasse la dorsale médio-océanique, il y avait une seule région biogéographique dans l’est du Pacifique. La barrière subséquente au voyage a commencé la divergence évolutive des espèces dans différents endroits. Les exemples d’évolution convergente observés entre des évents hydrothermaux distincts sont considérés comme un support majeur pour la théorie de la sélection naturelle et de l’évolution dans son ensemble.
bien que la vie soit très clairsemée à ces profondeurs, les fumeurs noirs sont au centre d’écosystèmes entiers., La lumière du soleil étant inexistante, de nombreux organismes – tels que les archées et les extrêmophiles-convertissent la chaleur, le méthane et les composés soufrés fournis par les fumeurs noirs en énergie par un processus appelé chimiosynthèse. Des formes de vie plus complexes, telles que les palourdes et les vers tubulaires, se nourrissent de ces organismes. Les organismes à la base de la chaîne alimentaire déposent également des minéraux dans la base du fumeur noir, complétant ainsi le cycle de vie.
Une espèce de bactérie phototrophe a été trouvée vivant près d’un fumeur noir au large des côtes du Mexique à une profondeur de 2 500 m (8 200 pieds)., Aucune lumière du soleil ne pénètre aussi loin dans les eaux. Au lieu de cela, les bactéries, qui font partie de la famille des Chlorobiacées, utilisent la faible lueur du fumeur noir pour la photosynthèse. C’est le premier organisme découvert dans la nature à utiliser exclusivement une lumière autre que la lumière du soleil pour la photosynthèse.
des espèces nouvelles et inhabituelles sont constamment découvertes dans le voisinage des fumeurs noirs., Le ver de Pompéi Alvinella pompejana, capable de résister à des températures allant jusqu’à 80 °C (176 °F), a été trouvé dans les années 1980, et un gastéropode à pied écailleux Chrysomallon squamiferum en 2001 lors d’une expédition dans le champ hydrothermal de Kairei dans l’Océan Indien. Ce dernier utilise des sulfures de fer (pyrite et greigite) pour la structure de ses sclérites dermiques (parties du corps durcies), au lieu du carbonate de calcium. On pense que la pression extrême de 2500 m d’eau (environ 25 mégapascals ou 250 atmosphères) joue un rôle dans la stabilisation du sulfure de fer à des fins biologiques., Ce blindage sert probablement de défense contre la radula venimeuse (dents) des escargots prédateurs de cette communauté.
en mars 2017, des chercheurs ont rapporté des preuves de formes de vie peut-être les plus anciennes sur Terre. Des microorganismes fossilisés putatifs ont été découverts dans des précipités hydrothermaux de la ceinture de Nuvvuagittuq au Québec, au Canada, qui pourraient avoir vécu il y a 4,280 milliards d’années, peu de temps après la formation des océans il y a 4,4 milliards d’années et peu de temps après la formation de la Terre il y a 4,54 milliards,
symbiose Animal-bactérienmodifier
Les écosystèmes D’évents hydrothermaux ont une biomasse et une productivité énormes; mais cela repose sur les relations symbiotiques qui ont évolué aux évents. Les écosystèmes hydrothermaux des eaux profondes diffèrent de leurs homologues hydrothermaux des eaux peu profondes et terrestres en raison de la symbiose qui se produit entre les hôtes Macro-invertébrés et les symbiontes microbiens chimioautotrophes dans les premiers. Puisque la lumière du soleil n’atteint pas les évents hydrothermaux profonds, les organismes des évents hydrothermaux profonds ne peuvent pas obtenir de l’énergie du soleil pour effectuer la photosynthèse., Au lieu de cela, la vie microbienne trouvée dans les évents hydrothermaux est chimiosynthétique; ils fixent le carbone en utilisant l’énergie de produits chimiques tels que le sulfure, par opposition à l’énergie lumineuse du soleil. En d’autres termes, le symbiote convertit les molécules inorganiques (H2S, CO2, O) en molécules organiques que l’hôte utilise ensuite comme nutrition. Cependant, le sulfure est une substance extrêmement toxique pour la plupart de la vie sur Terre. Pour cette raison, les scientifiques ont été stupéfaits lorsqu’ils ont découvert des évents hydrothermaux regorgeant de vie en 1977., Ce qui a été découvert était la symbiose omniprésente des chimioautotrophes vivant dans (endosymbiose) les branchies des animaux de ventilation; la raison pour laquelle la vie multicellulaire est capable de survivre à la toxicité des systèmes de ventilation. Les scientifiques étudient donc maintenant comment les symbiontes microbiens aident à la détoxification du sulfure (permettant ainsi à l’hôte de survivre aux conditions autrement toxiques). Les travaux sur la fonction du microbiome montrent que les microbiomes associés à l’hôte sont également importants dans le développement de l’hôte, la nutrition, la défense contre les prédateurs et la désintoxication., En retour, l’hôte fournit au symbiote les produits chimiques nécessaires à la chimiosynthèse, tels que le carbone, le sulfure et l’oxygène.
dans les premiers stades de l’étude de la vie dans les évents hydrothermaux, il y avait des théories différentes concernant les mécanismes par lesquels les organismes multicellulaires étaient capables d’acquérir des nutriments de ces environnements, et comment ils étaient capables de survivre dans des conditions aussi extrêmes. En 1977, on a émis l’hypothèse que les bactéries chimioautotrophes des évents hydrothermaux pourraient être responsables de la contribution au régime alimentaire des bivalves en suspension.,
enfin, en 1981, il a été entendu que l’acquisition de la nutrition du ver tubaire géant s’est produite à la suite d’endosymbiontes bactériens chimioautotrophes. Comme les scientifiques ont continué à étudier la vie dans les évents hydrothermaux, il a été compris que les relations symbiotiques entre les chimioautotrophes et les espèces d’Invertébrés de la macrofaune étaient omniprésentes. Par exemple, en 1983, on a confirmé que le tissu branchial de la palourde contenait des endosymbiontes bactériens; en 1984, les moules bathymodiolides à évent et les palourdes vésicomyides étaient également porteuses d’endosymbiontes.,
cependant, les mécanismes par lesquels les organismes acquièrent leurs symbiotes diffèrent, tout comme les relations métaboliques. Par exemple, les vers tubaires n’ont ni bouche ni intestin, mais ils ont un « trophosome », c’est-à-dire l’endroit où ils s’occupent de la nutrition et où se trouvent leurs endosymbiontes. Ils ont également un panache rouge vif, qu’ils utilisent pour absorber des composés tels que O, H2S et CO2, qui alimentent les endosymbiontes dans leur trophosome., Remarquablement, l’hémoglobine des vers tubaires (qui est d’ailleurs la raison de la couleur rouge vif du panache) est capable de transporter de l’oxygène sans interférence ni inhibition du sulfure, malgré le fait que l’oxygène et le sulfure sont généralement très réactifs. En 2005, il a été découvert que cela est possible grâce aux ions zinc qui lient le sulfure d’hydrogène dans l’hémoglobine des vers tubaires, empêchant ainsi le sulfure de réagir avec l’oxygène. Il réduit également le tissu des vers tubaires de l’exposition au sulfure et fournit aux bactéries le sulfure pour effectuer une chimioautotrophie., Il a également été découvert que les vers tubaires peuvent métaboliser le CO2 de deux manières différentes et peuvent alterner entre les deux selon les besoins à mesure que les conditions environnementales changent.
en 1988, des recherches ont confirmé la présence de bactéries thiotrophes (sulfures oxydants) chez Alvinochonca hessleri, un grand mollusque à évent. Afin de contourner la toxicité du sulfure, les moules le convertissent d’abord en thiosulfate avant de le transporter vers les symbiontes. Dans le cas d’organismes mobiles tels que les crevettes alvinocarides, ils doivent suivre les environnements oxiques (riches en oxygène) / anoxiques (pauvres en oxygène) à mesure qu’ils fluctuent dans l’environnement.,
Les organismes vivant au bord des champs d’évents hydrothermaux, tels que les pétoncles pectinidés, portent également des endosymbiontes dans leurs branchies, et par conséquent leur densité bactérienne est faible par rapport aux organismes vivant plus près de l’évent. Cependant, la dépendance des pétoncles à l’endosymbionte microbien pour obtenir leur nutrition est donc également diminuée.
de plus, tous les animaux hôtes n’ont pas d’endosymbiontes; certains ont des épisymbiontes—symbiontes vivant sur l’animal plutôt qu’à l’intérieur de l’animal., Les crevettes trouvées dans les évents de la dorsale médio-Atlantique étaient autrefois considérées comme une exception à la nécessité de la symbiose pour la survie des macroinvertébrés dans les évents. Cela a changé en 1988 quand on a découvert qu’ils portaient des épisymbiontes. Depuis lors, d’autres organismes aux évents ont été trouvés pour transporter épisymbionts ainsi, comme Lepetodrilis fucensis.
de plus, alors que certains symbiontes réduisent les composés soufrés, d’autres sont connus sous le nom de « méthanotrophes » et réduisent les composés carbonés, à savoir le méthane., Les moules bathmodiolides sont un exemple d’hôte qui contient des endosymbiontes méthanotrophes; cependant, ces derniers se produisent principalement dans les suintements froids par opposition aux évents hydrothermaux.
bien que la chimiosynthèse se produisant dans l’océan profond permette aux organismes de vivre sans lumière du soleil dans le sens immédiat, ils dépendent techniquement toujours du soleil pour leur survie, car l’oxygène dans l’océan est un sous-produit de la photosynthèse., Cependant, si le soleil disparaissait soudainement et que la photosynthèse cessait de se produire sur notre planète, la vie dans les évents hydrothermaux des grands fonds pourrait se poursuivre pendant des millénaires (jusqu’à épuisement de l’oxygène).
théorie de l’origine hydrothermale de la vieModifier
La dynamique chimique et thermique des évents hydrothermaux rend ces environnements très adaptés thermodynamiquement aux processus d’évolution chimique., Par conséquent, le flux d’énergie thermique est un agent permanent et est supposé avoir contribué à l’évolution de la planète, y compris la chimie prébiotique.
Günter Wächtershäuser a proposé la théorie du monde fer-soufre et a suggéré que la vie pourrait avoir pris naissance dans les évents hydrothermaux. Wächtershäuser a proposé qu’une forme précoce de métabolisme soit antérieure à la génétique. Par métabolisme, il entendait un cycle de réactions chimiques qui libèrent de l’énergie sous une forme qui peut être exploitée par d’autres processus.,
Il a été proposé que la synthèse des acides aminés aurait pu se produire profondément dans la croûte terrestre et que ces acides aminés ont ensuite été projetés avec des fluides hydrothermaux dans des eaux plus froides, où des températures plus basses et la présence de minéraux argileux auraient favorisé la formation de peptides et de protocellules. Il s’agit d’une hypothèse intéressante en raison de l’abondance de CH4 (méthane) et de NH3 (ammoniac) présents dans les régions hydrothermales, une condition qui n’était pas fournie par l’atmosphère primitive de la Terre., Une limitation majeure à cette hypothèse est le manque de stabilité des molécules organiques à des températures élevées, mais certains ont suggéré que la vie aurait pris naissance en dehors des zones de température la plus élevée. Il existe actuellement de nombreuses espèces d’extrémophiles et d’autres organismes vivant immédiatement autour des évents profonds, ce qui suggère qu’il s’agit bien d’un scénario possible.,
la recherche expérimentale et la modélisation informatique indiquent que les surfaces des particules minérales à l’intérieur des évents hydrothermaux ont des propriétés catalytiques similaires aux enzymes et sont capables de créer des molécules organiques simples, telles que le méthanol (CH3OH) et l’acide formique (hco2h), à partir du CO2 dissous dans l’eau.
on pense que les évents hydrothermaux alcalins (fumeurs blancs) pourraient être plus adaptés à la vie émergente que les fumeurs noirs en raison de leurs conditions de pH.,
the Deep Hot BiosphereEdit
Au début de son article de 1992 The Deep Hot Biosphere, Thomas Gold a fait référence aux évents océaniques à l’appui de sa théorie selon laquelle les niveaux inférieurs de la terre sont riches en matériel biologique vivant qui remonte à la surface. Il a ensuite élargi ses idées dans le livre The Deep Hot Biosphere.,
un article sur la production d’hydrocarbures abiogènes dans le numéro de février 2008 de la revue Science a utilisé des données d’expériences sur le champ hydrothermal de Lost City pour rapporter comment la synthèse abiotique d’hydrocarbures de faible masse moléculaire à partir de dioxyde de carbone dérivé du manteau peut se produire en présence de roches ultramafiques,