Table des matières

Couverture

La vie en milieu extrême

Voyage aux confins de la vie

Les champions de l’extrême : des adaptations remarquables

La tolérance au manque d’eau

Certains l’aiment chaud…

Chaud et froid, même combat ?

La vie dans le noir

Quand le pH s’en mêle, les microbes raflent la mise

Quand les extrêmes s’additionnent

Aux limites discutées de la biosphère

Les microbes sont (aussi) dans l’air !

Voyage microbien au centre de la Terre

Des milieux extrêmes insoupçonnés

Des forêts tropicales dans la mer

Une fois la mer retirée, sur la plage abandonnés…

Mares provisoires et rivières éphémères

Fabriquons-nous des milieux extrêmes ?

Ce que les milieux extrêmes nous apprennent

La vie est-elle née dans les enfers ?

Des sources d’innovation… et d’inspiration !

La Terre… une planète d’extrêmes !

Bibliographie

Remerciements

Crédits photographiques

La vie en milieu extrême

Juliette Ravaux, Sébastien Duperron

Collection Carnets de sciences

Petite et grande histoire des céréales et légumes secs
Éric Birlouez
2022, 192 p.

Le vol chez les animaux
Jacques Blondel et Vincent Albouy
2021, 160 p.

Le peuple microbien
Laurent Palka
2020, 176 p.

Un avenir pour nos abeilles et nos apiculteurs
Vincent Albouy, Yves Le Conte
2020, 168 p.

Petite et grande histoire des légumes
Éric Birlouez
2020, 176 p.

Oiseaux marins, entre ciel et mers
Fabrice Genevois, Christophe Barbraud
2020, 200 p.

Nos abeilles en péril
Vincent Albouy, Yves Le Conte
2019, 192 p.

Les secrets des algues
Véronique Véto-Leclerc, Jean-Yves Floc’h
2019, 168 p.

© éditions Quæ, 2022
ISBN papier : 978-2-7592-3538-4
ISBN PDF : 978-2-7592-3539-1
ISBN ePub : 978-2-7592-3540-7
ISSN : 2110-2228

Éditions Quæ
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78026 Versailles Cedex

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Voyage aux confins de la vie

Comment imaginer qu’une multitude de microorganismes peuple ces eaux acides et brûlantes du parc national de Yellowstone ?

« C’est la plaine qui donne du relief à la montagne ! »
L’abbé de Vilecourt dans le film Ridicule réalisé par Patrice Leconte, 1996.

Pour beaucoup, les milieux extrêmes évoquent des environnements extraordinaires : les vastes étendues des pôles, battues par des vents glacés ; la surface aride et caillouteuse d’un désert, sous un soleil de plomb ; ou encore les profondeurs obscures et insondables des abysses. Des endroits emblématiques au bout du monde, longtemps accessibles aux seuls explorateurs dont l’histoire retient les aventures : des expéditions polaires d’Ernest Shackleton au début du siècle dernier aux exploits plus récents de Jean-Louis Étienne, en passant par les explorations du désert avec Théodore Monod, ou encore les plongées dans les abysses d’Auguste Piccard ou de James Cameron. Dans l’imaginaire populaire, les milieux extrêmes correspondent ainsi à des lieux hostiles et difficiles d’accès pour les humains. Cette définition a le mérite d’être simple, mais est-elle satisfaisante ?

Rien n’est moins sûr, car d’explorations en découvertes, les scientifiques se sont progressivement rendu compte que les êtres vivants avaient colonisé une multitude de ces milieux hostiles à notre espèce. Les deux derniers siècles ont vu émerger et s’installer l’idée que les environnements varient, et que la vie s’adapte ! Au milieu du xxe siècle, par exemple, en étudiant les origines de la vie sur Terre, le géologue américain Preston Cloud a révélé que notre planète n’a pas toujours eu une atmosphère riche en oxygène comme aujourd’hui. Avant cela, les travaux de Charles Darwin, relatés dans son Origine des espèces (1859), ont imposé l’idée que les formes de vie ont évolué au cours des temps géologiques, en s’adaptant à leur environnement. En parallèle, grâce à l’exploration de plus en plus approfondie de notre planète, nous avons découvert que la vie existait jusque dans les océans les plus profonds et les eaux les plus chaudes, au cœur des cristaux de glace ou de sel, et à l’intérieur des nuages. Elle y est même florissante… Ces milieux peuplés d’espèces adaptées peuvent-ils alors être considérés comme extrêmes ? Il devient nécessaire de dépasser notre vision anthropocentrée en proposant une définition objective et universelle d’un milieu extrême. On pourrait ainsi le définir comme un milieu où les conditions environnementales s’approchent des limites tolérables par le vivant. Cette définition est celle que nous avons adoptée dans ce livre pour vous proposer un fabuleux voyage aux confins de la vie.

L’artémie, Artemia salina, évolue en milieu hypersalin.

Alors partons à la découverte de ces environnements extrêmes ! Dans les pages qui suivent, nous irons à la rencontre d’organismes dont les stratégies défient l’imagination, tels que les scarabées buveurs de brouillard, les poissons des glaces et les crevettes aveugles, qui évoluent dans des environnements notoirement extrêmes comme les déserts, les pôles ou l’océan profond. Nous partirons ensuite en quête des limites du vivant, au-delà des nuages et dans les profondeurs de la Terre, et élargirons notre conception des extrêmes pour découvrir des environnements insoupçonnés dont certains sont proches, voire intimement liés à nous. Finalement, nous verrons ce que les milieux extrêmes ont à nous apprendre sur la vie, et surtout comment les organismes de l’extrême peuvent inspirer nos sociétés pour affronter les défis de demain. Et si nous étions tous des explorateurs des milieux extrêmes ?

Le lac rose du parc naturel de la Mata-Torrevieja, en Espagne, est aussi riche en sel que la mer Morte et doit sa couleur à la présence de l’algue Dunaliella salina.

Les champions de l’extrême : des adaptations remarquables

Colonie de manchots royaux (Aptenodytes patagonicus) dans une tempête de neige, Antarctique.

Jusqu’où la vie s’étend-elle sur Terre ? Ce sont des extrêmes physiques et chimiques qui mettent les organismes à l’épreuve et définissent l’« espace habitable » dans lequel la vie s’installe. Ces limites de résistance et de tolérance ne sont pas universelles, loin de là : elles sont très différentes pour les animaux, les plantes, les champignons, les bactéries ou les archées. Pour les êtres vivants, s’approcher de ces limites revient à vivre en conditions extrêmes. Ces limites sont repoussées au gré des nouvelles découvertes, et les records enregistrés sont battus année après année. Découvrons les champions de l’adaptation !

La tolérance au manque d’eau

La vie sur Terre est limitée par des paramètres physiques, tels que les conditions de température, de pression et de lumière, et des paramètres chimiques, comme la salinité et l’acidité. S’il est difficile d’établir avec certitude les limites exactes de la vie en matière de température ou de rayonnement, la communauté scientifique s’accorde sur la nécessité de la présence d’eau. En effet, chez toutes les formes de vie connues actuellement, les réactions chimiques du métabolisme se déroulent en présence d’eau liquide. C’est d’ailleurs à partir de cette contrainte que les astronomes et les exobiologistes définissent une « zone habitable » dans les systèmes planétaires : celle-ci comprend les planètes ni trop éloignées, ni trop proches de leur étoile. Ils recherchent donc des traces d’eau liquide, ou les conditions favorables à sa présence. Selon toute probabilité, la présence d’eau liquide est une condition nécessaire (mais pas suffisante) à l’apparition de la vie.

Sur Terre, l’eau n’est pas abondante dans tous les environnements, et de nombreux organismes doivent faire face à la rareté de cette ressource. Ils ont ainsi développé des capacités exceptionnelles pour s’approvisionner et limiter les pertes. Chez eux, une véritable économie de l’eau s’est mise en place !

Quand l’eau est rare, certains boivent le brouillard…

Un scarabée ténébrion, un « buveur de brouillard », dans le désert de Namibie.

Peu avant minuit, sur une dune du désert de Namibie, un petit scarabée grimpe maladroitement la pente. Lui qui ne sort habituellement de son refuge souterrain que pendant la journée, affronte la fraîcheur de la nuit pour atteindre le sommet à temps. Une fois sur la crête, il tend ses pattes arrière, baisse la tête, déploie ses ailes, puis reste ainsi incliné, immobile. Qu’attend-il dans cette posture singulière ? Il n’attend pas : il boit ! Le vent froid et humide en provenance de l’océan Atlantique recouvre en effet de brume les dunes chaudes du désert. Les gouttelettes d’eau microscopiques qui la constituent représentent une véritable manne liquide pour le scarabée ténébrion, qui les attrape au passage. Il n’y a pas un instant à perdre : dans quelques heures, peu après l’aube, le brouillard aura disparu. En Namibie, cette brume nocturne déferle jusqu’à une centaine de kilomètres à l’intérieur des terres, plus de trente jours par an. Dans ces régions où la pluie ne tombe que quelques jours par an, cette source d’eau est la plus fiable et la plus abondante, et elle est essentielle pour ce buveur de brouillard.

Attraper le brouillard n’est pas à la portée de tous. La morphologie de ce petit scarabée est un atout : ses pattes postérieures, plus longues que les deux paires de pattes antérieures, l’aident à tenir la position inclinée, avec l’abdomen relevé et la tête baissée. Très efficace pour positionner les ailes perpendiculairement au vent sans trop d’effort ! La paire d’ailes antérieures ne sert pas à voler. Sa surface, rigide, est en outre hydrophobe : l’eau ne la « mouille » pas, mais glisse dessus. Ainsi, les microgouttelettes d’eau s’y condensent, et une fois une certaine taille atteinte, dégoulinent sur la surface de l’aile le long de rainures qui les amènent jusqu’à la bouche de l’animal. Simple et ingénieux, ce système est parfaitement adapté pour récolter le brouillard.

Cette technique de récolte d’eau n’est cependant pas la seule adaptation chez les ténébrions du désert de Namibie. Elle est même relativement peu répandue, et seules de rares espèces la pratiquent, dont l’emblématique Onymacris unguicularis. Face à une même contrainte, le manque d’eau, tout un panel de solutions diverses s’est mis en place dans ce groupe. D’autres espèces, à la morphologie similaire, n’utilisent pas leur corps pour récolter le brouillard, mais boivent tout simplement les gouttelettes déposées sur la végétation. Le scarabée soucoupe volante, un ténébrion à la morphologie très différente, construit quant à lui des « pièges à brouillard » dans le sable. Il creuse des tranchées, bordées par des crêtes qui concentrent l’humidité, et boit l’eau ainsi capturée au sommet de ces dunes artificielles miniatures. Grâce à cette multitude de stratégies, actives ou opportunistes, les ténébrions colonisent avec succès cet environnement désertique aride.

La récolte de brouillard reste malgré tout l’exception chez les scarabées du désert. Seules 26 des 200 espèces de ténébrions de Namibie la pratiquent. Quoi qu’il en soit, la grande majorité des espèces dépend du brouillard sans pour autant le récolter directement. Car si l’apport d’eau par le brouillard est un bonus non négligeable, les espèces du désert de Namibie, comme beaucoup d’espèces désertiques, s’hydratent principalement… en mangeant ! L’eau contenue dans leur nourriture constitue l’essentiel de leurs apports. Les plantes, à la base de ces réseaux alimentaires, récoltent, elles aussi, l’eau atmosphérique.

Une plante des plus étranges profite ainsi de cette brume providentielle : Welwitschia mirabilis. Cette plante à la longévité exceptionnelle, qui atteint parfois l’âge canonique de 2 000 ans, porte le nom de son découvreur, le botaniste autrichien Friedrich Welwitsch, qui a sillonné l’Angola vers la moitié du xixe siècle. Les deux uniques feuilles de cette plante, qui dépassent plusieurs mètres de longueur et se divisent en lanières tordues et effilochées pour les plus grands spécimens, condensent les gouttelettes apportées par la brume à leur surface. Un réseau très dense de fines racines s’étend à la surface du sol dans un rayon de 1,5 mètre autour de la plante, et récupère également l’humidité déposée par le brouillard. La plante multiplie les stratégies pour s’approvisionner en eau, et elle plonge aussi sa racine principale profondément dans le sous-sol pour y puiser l’humidité. L’eau ainsi récoltée est ensuite transmise aux animaux qui consomment Welwitschia. Qui dîne boit !

Un spécimen de Welwitschia mirabilis dans le désert de Namibie.

… quand d’autres ne boivent pas une goutte

L’eau déjà présente dans la nourriture ne suffit pas pour satisfaire les besoins des espèces désertiques. Certaines dépendent fortement d’une source complémentaire : leur propre production d’eau.

Pour le découvrir, changeons de décor et rendons-nous au sud-ouest de l’Arizona, dans les dunes du plus grand désert nord-américain. Au cœur du désert de Sonora, la pluie ne tombe que rarement. Seulement 10 centimètres d’eau par an ; par comparaison, dans le même laps de temps, il en tombe cinq à vingt fois plus en France métropolitaine. Dans cet environnement aride vit un animal qui est le champion de l’économie d’eau : le rat-kangourou de Merriam. Ce petit rongeur nocturne se réfugie dans des terriers pendant la journée, mais les galeries souterraines sont loin de lui fournir un havre de fraîcheur : il y règne une température supérieure à 30 °C pendant toute la saison chaude. Plus que la plupart des animaux terrestres, le rat-kangourou se trouve donc confronté à un problème majeur : la déshydratation. Rappelons qu’en milieu aérien, les organismes perdent de l’eau en permanence, et doivent compenser leurs pertes par des apports équivalents en eau. Tout déséquilibre dans ce bilan entraîne une déshydratation qui peut s’avérer fatale.

De nombreuses espèces de cactus peuplent le désert de Sonora.

Pour mieux apprécier la situation du rat-kangourou, comparons-la avec la nôtre. Un être humain adulte perd quotidiennement 2,5 litres d’eau sous forme de vapeur d’eau et de sueur par la peau, par la respiration et via le rejet d’urine et de fèces. Pour éviter la déshydratation, nous devons boire quotidiennement 1,5 litre d’eau en moyenne. Notre nourriture apporte également une fraction importante de la ration d’eau journalière, et le reste est produit à l’intérieur du corps. Chaque jour, notre corps fabrique 300 à 350 millilitres d’eau, soit l’équivalent d’une canette. Cette eau, appelée eau métabolique, se forme grâce à des réactions chimiques dites « d’oxydation » qui produisent des molécules d’eau à partir de graisses, de sucres et de protéines. Si cette eau ne représente qu’une faible proportion des apports en eau chez l’être humain (entre 12 et 14 %), elle devient vitale pour la survie en milieu désertique.

Et elle est particulièrement vitale pour le rat-kangourou de Merriam… qui ne boit jamais ! Dans le désert de Sonora, l’animal ne peut pas compter sur des sources d’eau de boisson ; il dépend exclusivement de sa nourriture pour lutter contre la déshydratation. Les plantes et les insectes dont il se nourrit lui apportent directement environ 60 % de ses besoins en eau, et les 40 % restants sont donc obtenus par la production d’eau métabolique. De...