Explorer la diversité microbienne par des incubations d’enrichissement fractionnées selon la taille des cellules dans des aquifères souterrains à Äspö, Suède

La vie cachée profondément sous nos pieds

Bien au-dessous des forêts et des côtes de Suède, dans les fractures froides et obscures de roches anciennes, d’immenses communautés microbiennes subsistent discrètement sur un filet d’énergie. Ces organismes microscopiques contribuent aux cycles globaux du carbone et du soufre, pourtant beaucoup d’entre eux sont si petits et si dépendants de leurs voisins qu’ils ont échappé aux scientifiques pendant des décennies. Cette étude scrute ce monde souterrain et révèle une « matière microbienne noire » étonnamment riche composée de cellules ultra-petites qui semblent survivre en étroite association avec d’autres microbes plutôt qu’en se développant rapidement sur de la nourriture fraîche.

L’eau profonde comme habitat caché

Les chercheurs ont travaillé au Laboratoire de roche dure d’Äspö, sur la côte baltique suédoise, où des tunnels traversent du granite ancien à plusieurs centaines de mètres sous la surface. Là, l’eau souterraine circule lentement dans des fissures étroites de la roche. Une partie de cette eau est relativement récente et influencée par la pluie et le sol ; une autre est plus proche d’une eau diluée d’origine marine ; et une troisième est très vieille et salée, isolée de la surface pendant de longues périodes. Des travaux antérieurs avaient montré que ces eaux hébergent des communautés microbiennes diverses, incluant de nombreuses lignées inhabituelles aux cellules et génomes extrêmement petits.

Se concentrer sur les plus petites cellules

Pour étudier ces microbes insaisissables, l’équipe a prélevé de l’eau anoxique à trois profondeurs et compositions chimiques différentes — météorique (influencée par le sol), marine et saline. Ils ont ensuite mis en place des incubations anaérobies en laboratoire, ajoutant soit une source de carbone simple (acétate), soit un mélange complexe obtenu à partir de cellules bactériennes broyées. Crucialement, pour de nombreuses incubations ils ont d’abord fait passer l’eau souterraine à travers un filtre qui a retiré les cellules plus grosses que 0,45 micromètre. Ce qui est passé était constitué de bactéries et d’archées ultra-petites, comme des groupes connus sous les noms de Patescibacteria, Nanobdellota et Omnitrophota, suspectés d’avoir des métabolismes limités et de dépendre de partenaires ou d’hôtes proches.

Une diversité sans croissance

Sur des semaines à des mois, les scientifiques ont suivi le nombre de cellules et la composition des communautés par séquençage de l’ADN et dénombrements microscopiques. Dans les incubations contenant l’eau non filtrée, le nombre total de cellules augmentait généralement d’environ un facteur dix, mais la diversité diminuait alors que quelques groupes à croissance rapide — tels que Bacillota, Spirochaetota ou Desulfobacterota — dominaient. En contraste frappant, les incubations fractionnées par taille, ne contenant que des cellules ultra-petites, ont montré presque aucune augmentation du nombre de cellules, même lorsqu’on leur fournissait de l’acétate supplémentaire ou un lysat riche en cellules. Pourtant, leur diversité génétique restait très élevée, souvent comparable à celle de l’eau d’origine. Cela suggère qu’une grande part de la biodiversité souterraine réside dans ces formes minuscules qui persistent sans croissance évidente dans les conditions fournies.

Indices génétiques d’un mode de vie dépendant

Pour comprendre comment ces microbes se maintiennent, l’équipe a reconstitué des dizaines de génomes provisoires à partir des incubations. Les bactéries au génome plus grand, comme les Desulfobacterota et certains Pseudomonadota, possédaient des gènes pour une large gamme d’activités métaboliques : dégradation de la matière organique complexe, respiration à l’oxygène ou au sulfate, et même fixation du dioxyde de carbone. En revanche, les génomes des Patescibacteria et des Nanobdellota étaient minuscules et épurés. Ils étaient dépourvus de voies complètes pour le métabolisme carboné central et affichaient peu de capacités de croissance indépendante, mais contenaient des gènes pour la division cellulaire, la construction de la paroi, des structures d’attachement et des systèmes de transport. Cette combinaison est cohérente avec un mode de vie où ils s’agrippent à d’autres microbes ou vivent en association étroite avec eux, récupérant des nutriments clés auprès de leurs partenaires plutôt que de les produire pleinement eux-mêmes.

Partenariats microbiens dans l’obscurité

En analysant de nombreux échantillons d’eau et incubations, les chercheurs ont aussi examiné quelles lignées microbiennes ont tendance à apparaître ensemble. Ils ont observé de fortes cooccurrences entre les Patescibacteria et plusieurs autres groupes, en particulier les Desulfobacterota, Chloroflexota et Omnitrophota. Bien que ces motifs n’établissent pas des relations hôte–symbiote directes, ils s’accordent avec l’idée que les microbes ultra-petits peuvent se regrouper autour de voisins métaboliquement polyvalents capables de fournir des éléments manquants et de l’énergie. De tels partenariats pourraient constituer une stratégie clé de survie dans le sous-sol profond, où l’énergie est rare et les ressources arrivent lentement et de manière imprévisible.

Pourquoi cela importe pour la vie sur Terre

Dans l’ensemble, l’étude montre qu’une fraction majeure de la diversité microbienne dans les eaux souterraines profondes et à faible énergie est constituée de cellules ultra-petites qui croissent à peine dans des expériences d’enrichissement standard et dépendent probablement d’interactions étroites avec d’autres microbes. Plutôt que d’exploser numériquement lorsque de la nourriture supplémentaire est ajoutée, ces lignées restent numériquement stables tout en étant taxonomiquement riches, laissant entrevoir un réseau de vie lent et étroitement couplé qui fonctionne sur des échelles de temps et des budgets énergétiques très différents de ceux des écosystèmes de surface. Comprendre ces communautés cachées reconfigure non seulement les estimations de la biomasse et de la biodiversité de la Terre, mais offre aussi une fenêtre sur la façon dont la vie peut persister en conditions d’extrême rareté — une leçon applicable aux environnements souterrains d’autres planètes également.

Citation: Westmeijer, G., Turner, S., Hevele, P. et al. Exploring microbial diversity using cell-size fractionated enrichment incubations from subsurface aquifers at Äspö, Sweden. Commun Biol 9, 378 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09706-8

Mots-clés: eau souterraine profonde, microbes ultra-petits, symbiose microbienne, Patescibacteria, écosystèmes à faible énergie