Le cycle du carbone, de l’azote et du soufre dévoile des niches microbiennes dans la fosse d’Atacama

La vie dans la nuit la plus profonde

Loin sous les vagues au large du nord du Chili, le fond marin est froid, obscur et apparemment stérile. Pourtant, ces sédiments abritent des communautés microbiennes actives qui recyclent discrètement des éléments clés et contribuent à maintenir l’habitabilité de l’océan. Cette étude examine qui sont ces microbes et comment ils subsistent dans les profondeurs de la région de la fosse d’Atacama, révélant à la fois un vaste écosystème des grands fonds « nourri par la pluie » et une oasis cachée alimentée par de l’énergie chimique remontant du dessous.

Deux manières d’alimenter un océan profond

Les chercheurs ont participé à une expédition dans le système de la fosse Pérou–Chili, en se concentrant sur des sédiments abyssaux situés entre environ 2 400 et 4 000 mètres de profondeur. La plupart des sites échantillonnés correspondaient à un fond marin typique, où la vie dépend d’un lent filet de « neige marine » – de fines particules de plancton mort et d’autres débris qui coulent depuis la surface éclairée par le soleil. Dans ces lieux, les communautés microbiennes étaient étonnamment homogènes sur des dizaines de kilomètres. Bactéries et archées dominaient et tirent principalement leur énergie de la décomposition de cette matière organique vieillie, utilisant l’oxygène lorsque disponible et basculant vers d’autres voies plus profondément dans la boue.

Une oasis chimique sur le fond marin

Un site, toutefois, se distinguait. À environ 2 800 mètres de profondeur, le véhicule téléopéré a découvert des sédiments plus foncés, des tapis microbiens blancs brillants et des lits de grandes palourdes. Ces indices indiquaient un suintement froid – un endroit où des fluides chimiquement riches s’écoulent du fond sans la chaleur d’un évent hydrothermal. Ici, au lieu de dépendre principalement du détritus tombant d’en haut, de nombreux microbes semblaient puiser de l’énergie dans des composés soufrés réduits remontant du dessous. L’équipe a prélevé des carottes de sédiment à l’intérieur et autour de cette zone pour comparer sa chimie et sa biologie avec la plaine environnante.

Indices inscrits dans les minéraux et les molécules

De retour au laboratoire, les sédiments ont livré une histoire stratifiée. Dans toute la région, des grains de quartz et d’autres fragments rocheux étaient mélangés aux restes broyés de diatomées provenant de l’océan de surface, confirmant le lien avec la neige marine. Mais sur le site de suintement, le centimètre supérieur du sédiment contenait de petits cristaux de dolomite, et des couches plus profondes étaient remplies de minéraux sulfures de fer tels que la pyrite. Avec des concentrations élevées en soufre et en fer, ces minéraux suggéraient que des fluides de suintement avaient favorisé autrefois des réactions chimiques intenses dans la boue. Parallèlement, les mesures de l’eau interstitielle montraient peu d’oxygène et des signes d’importante réduction dans les couches profondes, des conditions idéales pour des microbes qui utilisent le sulfate et d’autres composés plutôt que l’oxygène pour respirer.

Des microbes qui échangent du soufre, pas du méthane

L’équipe a utilisé la métatranscriptomique, qui lit les gènes activement exprimés, pour cartographier quelles populations microbiennes faisaient quoi. Hors du suintement, les communautés étaient dominées par des bactéries et des archées aérobies qui oxydent l’ammoniaque et traitent l’azote, le carbone et de faibles traces de soufre. À l’intérieur du suintement, les tapis de surface foisonnaient de bactéries oxydantes du soufre proches des formes filamenteuses blanches classiques, accompagnées de palourdes hébergeant des partenaires internes consommateurs de soufre. À quelques centimètres de profondeur seulement, la communauté changeait brutalement : les utilisateurs d’oxygène disparaissaient et des spécialistes anaérobies prenaient le relais, y compris des microbes qui réduisent le sulfate en sulfure, fixent le carbone à partir du dioxyde de carbone dissous et décomposent des composés organiques récalcitrants. Fait marquant, les archées typiques methanotrophes présentes dans de nombreux suintements froids étaient presque absentes, et les gènes clés du métabolisme du méthane étaient rares, indiquant un système principalement alimenté par le soufre plutôt que par le méthane.

Ce que révèle ce monde caché

Au total, les preuves géologiques et génétiques dessinent le tableau d’un paysage des grands fonds avec deux modes de vie imbriqués. La majeure partie du plancher marin de cette région abrite des communautés qui survivent de la lente décomposition de la neige marine, recyclant le carbone et l’azote de manière assez stable. En revanche, le suintement froid agit comme une oasis localisée où l’énergie chimique issue du soufre réduit soutient des tapis denses de bactéries, des palourdes et un microbiome sous-sédimentaire hautement spécialisé. La présence de dolomite en dissolution et d’abondante pyrite suggère que le suintement a pu être plus actif par le passé, mais même aujourd’hui le cycle du soufre reste intense. Pour un observateur non spécialiste, le message clé est que l’océan profond n’est pas un désert uniforme : de subtils écoulements d’énergie chimique peuvent creuser des habitats distincts, chacun avec sa distribution propre de micro-organismes qui façonnent discrètement les cycles globaux du carbone, de l’azote et du soufre.

Citation: Arribas Tiemblo, M., Azua-Bustos, A., Sánchez-España, J. et al. Carbon, nitrogen, and sulfur cycling unveil deep-sea microbial niches in the Atacama Trench. Nat Commun 17, 4606 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70869-3

Mots-clés: microbes des grands fonds, suintement froid, cycle du soufre, neige marine, fosse d’Atacama