Des bactéries aimantées pour traquer les premières traces de vie
Des aimants « vivants » Dans les lacs et les océans vivent des bactéries un peu particulières. Elles fabriquent à l'intérieur de leurs cellules de minuscules cristaux de magnétite, un minéral de fer aimanté. Alignés en chaînes, ces cristaux forment une véritable boussole. Ils permettent à ces bactéries dites « magnétotactiques » de s'orienter grâce au champ magnétique terrestre.
Bactéries magnétotactiques du lac Pavin observées au microscope électronique. Les petits carrés sombres, alignés en chaînes, sont les cristaux de magnétite. Échelle : 0,5 µm. © Busigny et al.
Des fossiles pour remonter le temps
Ces bactéries pourraient compter parmi les premiers êtres vivants à avoir fabriqué des minéraux, il y a peut-être plus de 2,5 milliards d’années. Après leur mort, leurs cristaux peuvent se conserver dans les sédiments, puis dans les roches. On les appelle des « magnétofossiles ». Les plus anciens connus ont 2,1 milliards d’années. Certains chercheurs en ont même suspecté dans une météorite martienne datant de plus de 3,9 milliards d’année, une hypothèse encore débattue.
Vrai ou faux fossile ?
Toute la difficulté est là : la magnétite se forme aussi sans aucune intervention du vivant. Avec le temps, les indices permettant de distinguer une magnétite formée par une bactérie (forme des cristaux, organisation en chaînes, propriétés magnétiques) peuvent s’effacer. Des expériences en laboratoire avaient montré que la magnétite bactérienne porte une empreinte chimique propre. Mais ces résultats concernaient deux souches cultivées dans des conditions artificielles (voir précédent fait marquant). Qu’en est-il dans la nature, où cohabitent de nombreuses espèces ?
Cap sur le lac Pavin
Pour le savoir, une équipe réunissant notamment l’IPGP, le BIAM et l’IMPMC s’est rendue au lac Pavin, dans le Puy-de-Dôme. Ses eaux profondes, privées d’oxygène et riches en fer, rappellent celles des océans il y a plusieurs milliards d’années. Les bactéries magnétotactiques y vivent dans une couche très fine, d’à peine 1,6 mètre, dans la colonne d’eau vers 56 mètres de profondeur.
Un travail de fourmi
En juillet 2022, les chercheurs ont pompé environ 1 800 litres d’eau pendant une semaine. À l’aide d’aimants, ils ont concentré les bactéries. Bilan : moins d’un milligramme de cellules. Une quantité infime, mais suffisante pour réaliser des analyses chimiques très fines. Les chercheurs en ont ensuite extrait et purifié les cristaux.
La plateforme scientifique ancrée au milieu du lac Pavin pour prélever l’eau. © Busigny et al.
Une signature bien reconnaissable
Le résultat est clair. La magnétite des bactéries environnementales porte les mêmes traits principaux que celle des souches cultivées en laboratoire. Elle incorpore au moins 100 fois plus de sélénium, de molybdène et d’étain qu’une magnétite formée chimiquement. Elle incorpore en revanche environ 100 fois moins de manganèse, de cobalt, de strontium et de baryum. Autre indice : son fer est plus « léger ». En fabriquant leur magnétite, les bactéries y placent de préférence les atomes de fer un peu moins lourds, alors que la chimie seule, sans intervention du vivant, fait l’inverse.
La magnétite des bactéries du lac Pavin se comporte comme celle de deux souches cultivées en laboratoire. Elle se distingue nettement de la magnétite formée sans bactéries. D’après Busigny et al.
Un nouvel outil pour les chasseurs de fossiles
Cette signature n’est donc pas un artefact de laboratoire. Elle se retrouve chez une communauté naturelle réunissant plusieurs espèces de bactéries. Combinée aux critères classiques, elle pourrait aider à identifier des traces de vie très anciennes dans les roches terrestres, et peut-être un jour dans des échantillons venus d’autres planètes.
Et maintenant ?
Des questions restent ouvertes. Pour lire cette signature, il faut connaître la composition de l’eau dans laquelle les cristaux se sont formés, une eau disparue depuis longtemps dans le cas des roches anciennes. Les chercheurs proposent de l’estimer à partir d’autres minéraux associés, comme les carbonates. Reste aussi à vérifier que ces cristaux et leur composition survivent à leur enfouissement. Une piste : prélever une carotte de sédiments au fond du lac Pavin pour y étudier l’évolution temporelle de la magnétite et des minéraux associés.
Référence : Busigny V., Praharaj A., Amor M., Mathon F. P., Monteil C. L., Menguy N., Benzerara K., Mehta N., Jézéquel D., Viollier E., Lefèvre C. T. « Geochemical signatures of magnetite are conserved in diverse populations of environmental magnetotactic bacteria ». [revue, année, DOI à compléter].
