Influence de l’altération des roches mafiques et ultramafiques sur la diversité et l’adaptation des communautés microbiennes associées

Topic: Soutenance de thèse d'Aurélien Lecoeuvre (ED STEP'UP, IPGP, Université de Paris) Join Zoom Meeting https://zoom.us/j/92271142899?pwd=YzY0UHNSNFd4cjRDZndhSUwrdm5Mdz09 Meeting ID: 922 7114 2899 Password: 985752 One tap mobile +12532158782,,92271142899#,,1#,985752# US (Tacoma) +13462487799,,92271142899#,,1#,985752# US (Houston) Dial by your locationhttps://zoom.us/j/92271142899?pwd=YzY0Uhttps://zoom.us/j/92271142899?pwd=YzY0UHNSNFd4cjRDZndhSUwrdm5Mdz09HNSNFd4cjRDZndhSUwrdm5Mdz09 +1 253 215 8782 US (Tacoma) +1 346 248 7799 US (Houston) +1 669 900 6833 US (San Jose) +1 301 715 8592 US (Germantown) +1 312 626 6799 US (Chicago) +1 929 205 6099 US (New York) Meeting ID: 922 7114 2899 Password: 985752 Find your local number: https://zoom.us/u/aAObWym3Z Résumé : La subsurface est considérée comme le plus vaste habitat sur Terre, abritant la majorité de la biomasse et des espèces microbiennes. La croûte océanique constitue le plus grand aquifère de notre planète où les réactions eau-roche pourraient fournir des sources de carbone abiotique et d’énergie à la base de la structuration des écosystèmes profonds. Cette thèse s’intéresse à deux réactions majeures associées à l’hydrothermalisme en subsurface, que sont la serpentinisation des péridotites mantelliques et l’altération des basaltes cristallins, pour comprendre comment l’altération des roches peut soutenir les écosystèmes microbiens profonds. Dans cet objectif, la diversité des communautés microbiennes et leur potentiel métabolique ont été caractérisés (i) sur un site hydrothermal serpentinisé, à savoir le site hydrothermal de Old City (OCHF), récemment découvert dans la région orientale de la dorsale ultralente sud-ouest indienne (SWIR), (ii) ainsi que dans un aquifère basaltique influencé par des injections de gaz acides, situé à Hellisheiði (Islande). Les approches métagénomiques ont révélé que la diversité microbienne et les métabolismes à OCHF dépendent de l’influence relative des fluides dérivés de la serpentinisation et de l'eau de mer. De plus, nos résultats suggèrent une forte hétérogénéité au sein et entre les évents hydrothermaux, probablement due aux fluides hydrothermaux très diffus dans ces évents. Les niches microbiennes sont potentiellement discriminées à la micro-échelle selon l’interaction entre les fluides hydrothermaux et l'eau de mer, fournissant ainsi différents nutriments. Un résultat majeur de cette thèse est la mise en évidence de phylotypes microbiens, potentiellement influencés par la serpentinisation, à OCHF proches de microorganismes d’écosystèmes serpentinisés terrestres plutôt qu'à son unique analogue océanique, à savoir le site hydrothermal de Lost City (LCHF). Or, OCHF est situé dans la région la plus amagmatique de la SWIR, alors que les gabbros sont répandus sous LCHF. Nous avons donc postulé que les intrusions magmatiques, impactant à la fois la minéralogie et la température et composition des fluides hydrothermaux, pourraient être le principal facteur expliquant les différences entre les communautés microbiennes d’OCHF et LCHF. Les comparaisons génomiques des populations microbiennes vivant dans des systèmes serpentinisés distincts ont mis en évidence plusieurs stratégies d'adaptation pour faire face aux conditions extrêmes liées à la serpentinisation. En outre, cette thèse présente les fonctions métaboliques des groupes taxonomiques dans l'aquifère basaltique de Hellisheiði, où l'altération des roches et les précipitations de minéraux suite aux injections de gaz soutiennent fortement les communautés microbiennes. Cette thèse vient étayer les preuves antérieures selon lesquelles l'écologie des écosystèmes microbiens profonds est fortement liée aux processus abiotiques de subsurface qui dépendent des régimes hydrogéologiques. Mots clés : biosphère profonde, croûte océanique, serpentinisation, altération des basaltes, carbone organique abiotique, métagénomiques Abstract: The subsurface is considered as the largest habitat on Earth hosting the majority of microbial biomass and species diversity. The oceanic crust constitutes the largest aquifer of our planet where water-rocks reactions provide sources of aiotic carbon and energy from which deep microbial communities may flourish in the absence of light. In the framework of this thesis, we focused on two major subsurface hydrothermal processes, namely the aqueous alteration of crystalline basalts and the serpentinisation of peridotites, with the aim to study the influence of rock alteration on the associated microbial communities’ ecology. To this aim, microbial communities diversity and their metabolic potential were characterized for (i) the recently discovered serpentinite-hosted hydrothermal field, namely the Old City hydrothermal field (OCHF), located on the eastern region of the ultraslow southwest Indian ridge (SWIR) and (ii) a basaltic aquifer influenced by anthropogenic gas injections at Hellisheiði, Iceland. Metagenomic approaches revealed that microbial diversity and metabolisms at OCHF depend on the relative influences of serpentinization-derived fluids and seawater. Moreover, our results suggested strong heterogeneities within and between hydrothermal vents, likely due to diffuse hydrothermal fluid venting. In these vents, the microbial niches are potentially partitioned at the microscale according to the relative contribution of serpentinization derived hydrothermal fluids and seawater, hence providing different pools of nutrients. A major outcome of this thesis is that putatively serpentinization influenced microbial phylotypes at OCHF are closely related to microorganisms from ophiolitic serpentinite-hosted ecosystems rather than to its unique oceanic analog, namely the Lost City hydrothermal field (LCHF). Considering that the OCHF is located in the most amagmatic region of the SWIR whereas gabbros are widespread below the LCHF, we postulated that magmatic intrusions impacting both the protolith mineralogy and hydrothermal fluid composition and temperature could be the main factor explaining differences in microbial ecology between OCHF and LCHF. Genomic comparisons of microbial populations inhabiting distinct serpentinized systems highlighted several adaptation and evolution strategies to face extreme conditions related to serpentinization. Furthermore, genome-resolved metagenomics underline the metabolic functions of taxonomic groups in Hellisheiði’s basaltic aquifer, where rock alteration following gas injections substantially sustain microbial communities. This thesis supports previous evidences that deep microbial ecosystems ecology is highly related to subsurface abiotic processes that depend on hydro-geological regimes and extended our knowledge on metabolic and adaptation strategies allowing such ecosystems to thrive under extreme conditions. Keywords: deep biosphere, oceanic crust, serpentinization, basalt alteration, abiotic carbon compounds, metagenomics