Le monde de la science | Écosystème du manteau neigeux

L'énergie, le carbone et la survie dans des conditions extrêmes

En général, il existe trois composants essentiels à toute forme de vie connue : une source d'énergie (également appelée donneur d'électrons), un accepteur d'électrons (c'est-à-dire une molécule qui accepte les électrons) et une source de carbone (matériau de construction pour toutes les structures importantes d'un organisme) (Pascal 2012).

Chez l'homme, l'énergie et le carbone proviennent principalement du glucose, tandis que l'oxygène sert d'accepteur d'électrons. Il existe toutefois de nombreuses autres molécules qui peuvent remplir ces fonctions. Tant qu'il existe à un endroit donné des composés chimiques quelconques qui remplissent leur fonction respective et que les conditions physiques permettent des biomolécules stables, on peut supposer que la vie a conquis ces taches sur la Terre.

Les archées (organismes qui ressemblent à des bactéries) Geogemma barossii vivent par exemple dans une source hydrothermale du Pacifique. La pression élevée qui y règne permet à l'eau de rester liquide même à des températures de 120 °C environ. C'est dans ces conditions que la température la plus élevée à laquelle des formes de vie peuvent se développer a été mesurée jusqu'à présent (Clarke 2014).

Même à des températures inférieures au point de congélation, des organismes peuvent se développer dans certaines conditions. La bactérie Planococcus halocryophilus Or1 a été isolée à partir de petites inclusions d'eau liquide dans un échantillon de carotte de glace de mer. La teneur élevée en sel du liquide empêche la congélation et permet ainsi une croissance à des températures extrêmement basses. La température minimale de croissance démontrée jusqu'à présent est de -10 °C. Des tests en laboratoire ont même permis d'atteindre -15 °C (Pascal 2012, Maccario et al. 2015, Merino et al. 2019).

Adaptation des organismes au manteau neigeux en tant qu'habitat

Dans cet article, il est toutefois question d'organismes vivants qui ont trouvé dans le manteau neigeux leur niche écologique et qui peuvent contribuer à en façonner la nature.

Comparé aux sources chaudes ou aux bulles d'eau salée, le manteau neigeux est un habitat plutôt tempéré. Néanmoins, cet habitat présente certaines caractéristiques qui supposent des modifications moléculaires spéciales chez les êtres vivants psychrophiles (qui aiment le froid).

D'une part, la lumière est réfléchie et diffusée dans la neige. Il en résulte une augmentation du rayonnement UV qui peut causer des dommages à l'ADN. Un mécanisme de protection classique est la production de pigments comme l'astaxanthine. Cette molécule agit comme un bouclier absorbant les UV : elle protège les structures cellulaires en filtrant les longueurs d'onde nocives et en réduisant ainsi la pénétration des rayons UV dans les organelles sensibles comme le chloroplaste, le lieu de la photosynthèse. L'astaxanthine est notamment produite par l'algue des neiges Chlamydomonas nivalis et est responsable de la coloration rouge intense qui produit l'effet dit "neige sanglante" (fig. 3). Les propriétés particulières de cette molécule en font en outre un ingrédient utile des crèmes solaires (Remias et al. 2005).

Les basses températures représentent également un défi majeur. L'eau est essentielle aux processus vitaux de tous les organismes, mais si elle est solide et donc moins mobile, elle est plus difficilement disponible à des fins biologiques. De plus, la formation de cristaux de glace peut causer des dommages physiques aux organismes, car les organismes unicellulaires peuvent être détruits par les cristaux. Pour s'en protéger, la composition des acides gras de la membrane cellulaire est modifiée afin de la rendre plus dynamique et plus flexible. Il existe en outre des protéines qui empêchent la formation de gros cristaux de glace à proximité immédiate de la cellule.

Les protéines dites antigivre se lient à la surface des cristaux de glace en formation et créent, grâce à leur forme spéciale, une courbure concave qui inhibe la croissance de grands cristaux de glace. Ces protéines sont produites par de nombreuses plantes, champignons, algues, mais aussi par des animaux (Arrigo 2014, Maccario et al. 2015) et sont utilisées dans l'industrie alimentaire, par exemple pour préserver la structure des légumes ou de la viande congelés, ou dans la fabrication de produits antigel.

Les protéines produisant des germes de glace ont un effet contraire. Celles-ci sont généralement produites par des bactéries, par exemple par Pseudomonas syringae, et peuvent initier la formation de cristaux de glace dès +2°C. Elles orientent alors les molécules d'eau selon des angles appropriés afin de favoriser la formation de la structure cristalline. Cela permet de contrôler la formation des cristaux de glace et de réduire leur taille. Ces protéines ont également des applications industrielles, par exemple dans la fabrication de glaces ou de neige artificielle. Souvent, ces bactéries vivent en symbiose avec d'autres organismes comme les algues de neige, protégeant ainsi leurs structures (Roeters et al. 2021).

Cycles des nutriments et communautés microbiennes dans le manteau neigeux

Comme on peut l'imaginer, les nutriments importants sont également plutôt rares dans la neige. Certes, des composés d'azote et de phosphore sont emportés par les périodes de fonte ou extraits de l'atmosphère lors d'événements pluvieux, mais malgré cela, il n'y a que peu d'échanges entre la biomasse du sol et le manteau neigeux. Les organismes ont donc dû trouver de nouvelles sources de nutriments et les utiliser efficacement. La levure Phenoliferia psychrophenolica, par exemple, est une véritable experte en matière de collecte efficace de nourriture.

Elle a été détectée dans des champs de neige de sang tout autour du monde et tire sa dose quotidienne de carbone principalement des restes d'algues de neige mortes. Il peut notamment décomposer les pigments rouges de protection contre les UV et constitue un maillon important du cycle du carbone entre l'atmosphère, le manteau neigeux et le sol. Son impressionnante capacité à dégrader les matières organiques fait de ce champignon un candidat intéressant dans la bioremédiation, c'est-à-dire le nettoyage des zones polluées à l'aide de micro-organismes (Ezzedine et al. 2025, Maccario et al. 2015).

La vie sur Terre est extrêmement adaptable et donc très répandue. Il n'est donc pas surprenant que le manteau neigeux soit lui aussi rempli d'organismes qui se sont spécialisés dans les conditions physiques qui y règnent et qui constituent un maillon important des cycles géochimiques mondiaux. En effet, des études montrent qu'environ 10⁵ de cellules bactériennes peuvent être détectées dans 1 ml de neige fraîche, un nombre comparable à celui présent dans environ 1 mg de sol sous le climat d'Europe centrale. Dans le névé, ce nombre peut même être nettement plus élevé en fonction de la nature.

Il est plutôt difficile de déterminer exactement comment et où se trouvent les organismes vivants à l'intérieur du manteau neigeux. On suppose qu'ils se répandent dans les cavités et qu'ils vivent enfermés dans les cristaux de glace, entourés d'un minuscule film d'eau liquide (≈ 1 nm) (fig. 4).

Bibliographie de l'ouvrage :

Arrigo, K. R. (2014). Les écosystèmes de glace de mer. Annual Review of Marine Science, 6(1), 439-467. https://doi.org/10.1146/annurev-marine-010213-135103

Clarke, A. (2014). Les limites thermiques de la vie sur Terre. International Journal of Astrobiology, 13(2), 141-154. https://doi.org/10.1017/S1473550413000438

Ezzedine, J. A., et al. (2025). Capacité de nettoyage de la neige et de l'écosystème glaciaire de la levure pucciniomycotinous Phenoliferia psychrophenolica. Communications Biology, 8(1), article 1084. https://doi.org/10.1038/s42003-025-1084-x

Maccario, L., et al. (2015). Écosystèmes de neige et de glace : pas si extrêmes. Research in Microbiology, 166(10), 782-795. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2015.10.002

Merino, N., et al. (2019). Living at the extremes : Extremophiles and the limits of life in a planetary context. Frontiers in Microbiology, 10, article 780. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.00780

Mykytczuk, N. C. S., Wilhelm, R. C., & Whyte, L. G. (2012). Planococcus halocryophilus sp. nov., an extreme sub-zero species from high Arctic permafrost. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 62(Pt 8), 1937-1944. https://doi.org/10.1099/ijs.0.035097-0

Pascal, R. (2012). Vie, métabolisme et énergie. In Astrochemistry and Astrobiology (pp. 243-269). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-642-27585-4_10

Remias, D., Lütz-Meindl, U., & Leya, C. (2005). Photosynthèse, pigments et ultrastructure de l'algue des neiges alpines Chlamydomonas nivalis. European Journal of Phycology, 40(3), 259-268. https://doi.org/10.1080/09670260500202148

Roeters, S. J., et al. (2021). Les protéines de nucléation de la glace sont activées par les basses températures pour contrôler la structure de l'eau interfaciale. Nature Communications, 12(1), article 1183. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21310-3