Yellowstone - 4 - le mystère des thermophiles.

De la "soupe originale à la confection du travertin"  - 
quelques photos des micro-organismes au stade macroscopique.



Fascinés par la macro-faune et les couleurs magiques du Yellowstone, on pourrait oublier que cette beauté est causée par des organismes microscopiques vivant dans les geysers, les hot springs, dans les zones et les canaux

d'évacuation des eaux produites par ceux-ci !
Bien que les couleurs soient visibles à l'oeil nu, un micro-organisme pris individuellement est invisible ... seul leur nombre nous permet d'en prendre conscience. A haute température, il s'agir surtout de bactéries, tandis qu'à température plaus basse, s'ajoutent algues et protozoaires.

Le premier biologiste a reconnaître la relation entre les couleurs et les micro-organismes fut W.H.Weed en 1889. Ces micro-organismes ne sont pas seulement présents, ils se sont adaptés au point de ne pouvoir vivres dans d'autres milieux.
Ces organismes appelés THERMOPHILES (du grec "thermos" = chaud, et "philos" = ami), sont présent en d'autres endroits chauds, mais ne sont nulle part plus brillants qu'ici, au Yellowstone.

Chaque hot springs est un milieu différent, caractérisé par sa température , son débit et aussi son pH (son acidité ou son côté basique). Les micro-organismes inféodés aux sources acides sont qualifiés de "thermoacidophiles" . (l'acidité des certaines sources se forme lorsque le sulfure d'hydrogène - H²S - rencontre l'oxygène de la'ir pour se transformer en soufre et acide sulfurique, sous l'action d'une bactérie sulfureuse.)

                           Sulfur Caldron - source chaude très acide - pH : 1,3.
                                                     et riche en bactéries "Sulfolobus".

La vie est possible à haute température, mais ce n'est pas possible pour tout le monde.
La limite pour les bactéries photosynthétiques est de 70-73°C. Au dessus de 100°C, les seules bactéries capables de survivre sont les "archéotypes" , qualifiés aussi "d'hyper

                         Tableau réalisé d'après "Life at high temperatures"
                          by Thomas D.Brock - 1978 - Yellowstone association for Natural science.


Sur Mammoth Hot Springs, une étude réalisée en 2002, suggère "que les faciès de déposition du travertin, qui sont définis de façon indépendante par les conditions physiques et chimiques du système de drainage des sources thermales, prédisent la composition de la communauté bactérienne el la morphologie et la chimie de la précipaitation du travertin."
Donc interdépendance entre les formations calcaires et les micro-organismes vivant dans les eaux qui les produisent !


Qu'elle est la cause de toutes ces couleurs ?
                          La bio-diversité de ces micro-organismes .

               Le run-off du Grand Prismatic en juillet 2009, dans ses couleurs estivales.

Prenons l'exemple du Grand prismatic - que nous verrons en détail plus tard - : la couleur orange est due à des bactéries pigmentées, la couleur bleue est fonction d'un phénomène de réfraction lumineuse; la couleur verte dépend de la présence de bactéries photosynthétiques, dont le moteur est la chloropylle, coloré en vert ... mais cela se complique : la chlorophylle est parfois masquée par des caroténoides, pigments en relation avec la vitamine A, et qui est colorée en orange, jaune ou rouge. Ces caroténoïdes protègent les cellules du rayonnement solaire durant l'été ... au Yellowstone, les bactéries se protègent du soleil !
Ce phénomène explique les différences de couleur entre l'été et l'hiver: en été, les caroténoïdes masquent en partie le vert de la chloropylle et le matériel bactérien apparait coloré en orange, jaune et rouge; en hiver, la dominante se trouve dans la gamme des verts.
Ce n'est dons pas seulement le type de bactérie présente, mais aussi sa réaction vis à vis du soleil, qui détermine les couleurs des sources chaudes !

                                   Coloration d'une source chaude dans Norris geyser basin.

Le rôle des thermophiles :
A part son inestimable valeur esthétique, à quoi peut bien servir cette débauche de couleur et les animalcules producteurs ?
Ils ont toute leur place dans la chaîne alimentaire : rappelez-vous le petit pluvier se nourrissant (Yn°2)  : il consommait des insectes, eux-mêmes prédateurs de mouches (Ephydrid flies)  dépendantes des cyanobactéries et parasitées par des mites.

Une toute autre application est apparue dans les années soixante : les bactéries thermophiles vivant au Yellowstone sont à la base de développements impressionnants en médecine et biotechnologie. Un enzyme thermostable est à la base d'une industrie générant des millions de dollars : "Thermus aquaticus", bactérie découverte dans le Lower Geyser basin, est utilisée pour fabriquer la "Taq polymérase", une ADN-polymérase utilisée pour ces propriétés de thermorésistance dans les réactions d'amplification en chaîne par polymérisation.

La réaction en chaîne par polymérase (PCR est l'acronyme anglophone de polymerase chain reaction, l'acronyme français ACP pour Amplification en Chaîne par Polymérisation est très rarement utilisée), est une méthode de biologie moléculaire d'amplification génique in vitro, qui permet de copier en grand nombre (avec un facteur de multiplication de l'ordre du milliard), une séquence d'ADN ou d'ARN connue, à partir d'une faible quantité (de l'ordre de quelques picogrammes) d'acide nucléique (séquence spécifique d’ADN (l’Amplicon) ou amorces spécifiques constituées d'oligonucléotides de synthèse de 20 à 25 nucléotides). Cette technique permet entre autres de détecter la présence du virus VIH ou de mesurer la charge virale (concentration du virus dans le plasma), des OGM (organismes génétiquement modifiés), des virus des hépatites B, C et D. De plus en plus utilisée en criminalistique, cette technique est basée sur la combinaison de deux facteurs :

• Les propriétés de synthèse enzymatique et d’initiation « ADN double brins spécifique » des « ADN polymérases ADN dépendantes thermostables ».
• Les propriétés d’hybridation et de deshybridation des brins complémentaires d’ADN en fonction de la température.

Ces éléments permettent de contrôler l’activité enzymatique grâce à des transitions de température (assurées par un thermocycleur) répétées de manière cyclique (cf. réaction en chaîne).

Les premières ADN polymérases utilisées provenaient d'une bactérie thermophile (résistante à des températures très élevées), par exemple Thermus aquaticus (Taq polymérase) ou encore Pyrococcus furiosus (Pfu polymérase), Thermococcus litoralis (Vent ou Tli polymérase), Thermus thermophilus (Tth polymérase). De nos jours, les enzymes utilisées sont dites recombinantes, ce qui simplifie considérablement leur obtention, et leurs propriétés ont été largement modifiées pour les rendre plus efficaces, plus fidèles…

En moins de dix ans, cette technique (maintenant capable de faire plus d'un milliard de copies en moins d'une heure) s'est imposée dans les laboratoires et a révolutionné la biologie moléculaire. ( source : Wikipedia)