lundi 20 octobre 2014

Quand ils ont trop froid, les flamants roses meurent… de faim

1985. L’hécatombe. Dans un des plus beaux endroits de France, la Camargue indomptable, se déroule une tragédie sans précédents. Le froid extrême touche de plein fouet les populations sauvages, venant à bout même des animaux capables de migrer. Subissant deux semaines consécutives de températures négatives allant jusque -10°C, la population de flamants roses, la seule à se reproduire en France, subit alors de pertes considérables : près de 3000 cadavres sont recensés.

Photo d'archive de 1985 qui montre la tristesse de la rigueur de l'hiver, avec nombre de cadavres de flamants gisant sur une Camargue en proie au gel (Source)


2012. Nouvelle vague de froid alors même que le destin m’a conduit en Camargue pour étudier les flamants roses. Quelques jours après mon arrivée, c’est avec ironie que j’ai l’occasion de les observer de beaucoup plus près, et en beaucoup moins vivants… Le climat a encore frappé : on compte 1500 morts parmi les rangs des 20 000 individus hivernant en France. A la Tour du Valat, centre de recherche qui étudie les flamants de longue date, les macchabées roses s’entassent. Les gens nous ramènent les animaux qu’ils trouvent, ou nous appellent pour qu’on vienne les chercher. Malgré la tristesse de la situation, l’esprit scientifique grattouille sous le crâne : on a envie de comprendre.

Avec des collègues du centre et en collaboration avec d’autres personnes de Montpellier, on se lance alors dans une investigation. Objectif : déterminer la cause de la mortalité des flamants. Car si le froid mordant est un candidat évident, son impact peut être moins direct qu’il n’y parait.

Les corps s'entassent, on les stocke sous de gros bacs qui jouent le rôle de congélateurs "grâce" aux températures extérieures négatives. Ne pas se fier au soleil !

Avec la quantité de cadavres à disposition, on recrute une armada de volontaires (un grand merci au passage !) qui nous aide à mesurer chaque individu. Quelques candidats seront étudiés de plus près : on les mesure sous toutes les coutures, du bec jusqu’au bout des pattes. On leur arrache des plumes pour les compter et les mesurer. On utilise des appareils pour évaluer la couleur de leur peau et de leur plumage, on les pèse… Des centaines de données qui vont pouvoir être utilisées pour modéliser les dépenses énergétiques des flamants, grâce à un modèle développé par nos autres collaborateurs américains. Ce modèle astucieux fabrique un individu fictif numérique à partir des données moyennes qu’on lui donne (morphologie, physiologie, comportement, et tout un tas de paramètres). Puis on renseigne au modèle le climat subit par les animaux (température, vent, humidité, etc.) et on obtient les dépenses minimales nécessaires aux bestioles pour conserver leur homéothermie, autrement dit pour garder le sang chaud. Très rapidement on observe ce que l’on soupçonnait : les vagues de froid augmentent drastiquement les dépenses énergétiques de nos flamants. Se maintenir au chaud lorsqu’il fait froid, même si on est bien pourvus en plumes, ça coûte de l’énergie !

Un spectrophotomètre est utilisé pour mesurer la lumière renvoyée par les plumes et la peau des jeunes et des adultes. Autrement dit, on mesure leur couleur, qui joue un rôle dans la thermorégulation en modulant la quantité de rayons du soleil qui sont renvoyés.

Se pourrait-il que les flamants soient morts de faim, après avoir épuisé toute leur énergie ? Pour en avoir le cœur net, je monte dans un train direction Strasbourg, avec une valise pleine de flamants morts et l’espoir qu’ils ne décongèlent pas trop vite (pour ceux qui se posent la question, l’odeur du flamant décongelé est absolument abjecte !). Là-bas, avec d’autres collègues du CNRS, les flamants sont découpés avec la précision d’une boucherie fine, les morceaux sont pesés, et ils sont ensuite réduits en poudre. Littéralement. La technique peut paraitre un tantinet barbare mais elle permet de procéder à des dosages précis de la composition biochimique des animaux. En l’occurrence, le ratio lipides/protéines permet de donner une idée sur l’état des réserves de l’animal. Plus ce ratio est élevé, plus la bestiole se porte bien. En revanche, lorsqu’un individu n’a plus accès à la nourriture, il puise dans ses réserves en consommant d’abord ses lipides, ce qui fait diminuer ce ratio. 

Après investigation, mes flamants voyageurs présentaient un ratio proche de celui observé chez d’autres oiseaux dans une phase de jeûne avancée. Autrement dit, ils avaient faim, très faim ! Toutes les données se recoupent alors. Les carcasses étaient exceptionnellement légères, et les dosages suggèrent que toutes les ressources étaient épuisées, en parallèle du modèle qui nous dit que les flamants ont fait face à une demande sévèrement accrue en énergie. Alors pourquoi n’ont-ils pas simplement mangé plus s’ils avaient tant besoin d’énergie ? C’est la dernière clé de l’énigme. 

Les artémies, minis crustacés aquatiques, constituent un des mets favoris des flamants. Ils passent des heures le bec plongé dans l'eau à filtrer ces créatures à la manière d'une baleine et de ses fanons.


En France, comme pour beaucoup d’autres pays nordiques, des oiseaux de toutes trempes migrent à l’approche de l’hiver. Contrairement aux idées reçues, ce mouvement qui se fait généralement vers le sud n’est pas une réponse à l’incapacité des oiseaux à faire face à des températures plus faibles. D’ailleurs, notre modèle montre que les températures hivernales, même en période de vague de froid, induisent des dépenses énergétiques qui sont certes importantes mais qui restent plus faibles que celles requises par la reproduction. Ce qui fait partir les oiseaux, généralement, c’est la nourriture qui se fait rare. Insectes et petites bêtes en tous genres, y compris les minuscules crustacés aquatiques dont se nourrissent les flamants… la nature se dépeuple quand vient la fin de l’année. Les flamants roses sont d’ailleurs des migrateurs partiels : une partie de la population s’en va vers l’Afrique, terre d’abondance, une fois la période de reproduction terminée. Beaucoup restent en France cependant, et notamment les plus jeunes pour qui la probabilité de survie est plus importante s’ils restent sur place. Les ressources sont certes plus restreintes, mais généralement suffisantes pour eux, et constituent un obstacle bien moins insurmontable que de traverser des milliers de kilomètres avec tous les dangers que cela implique. Mais en période de vague de froid, on change la donne : la plupart des plans d’eau où se nourrissent les flamants sont alors congelés ! La nourriture n’était donc tout simplement pas accessible pour les animaux, qui avaient d’ores et déjà épuisé trop de réserves pour entreprendre avec succès une migration. C’est ainsi que se résout le mystère : les flamants roses, en pleine vague de froid, sont en fait morts de faim.


http://jeb.biologists.org/content/217/20/3700Bibliographie 
(et avec grande fierté, mon premier article tout fraichement publié !) :

Deville, A.-S., Labaude, S., Robin, J.-P., Béchet, A., Gauthier-Clerc, M., Porter, W., Fitzpatrick, M., Mathewson, P. & Grémillet, D. 2014. Impacts of extreme climatic events on the energetics of lonf-lived vertebrates: the case of the greater flamingo facing cold spells in the Camargue. The Journal of Experimental Biology, 214, 3700-3707.

+ le petit bonus du journal


Sophie Labaude

jeudi 2 octobre 2014

Les surprises de l’insignifiant placozoaire

C’est un peu une super période pour les animaux « non bilatériens » en ce moment (les animaux qui ne sont pas divisés en seulement deux côtés symétriques). Entre l’incroyable découverte d’un nouvel organisme dont je vous ai parlé récemment (un nouveau casse-tête pour les zoologistes), des recherches récentes sur les cténaires (de notre relation avec Bob l'Eponge) et mon article sur le mouvement des éponges posté il y a moins d’un an (Essuyons quelques préjugés sur les éponges), ce sont les informes et délaissés placozoaires qui vont nous intéresser aujourd’hui. Un article intéressant sur le sujet est paru il y a quelques mois. Pourtant les placozoaires sont probablement les animaux à l’apparence la plus simple. En plus c’est un groupe un peu triste, ne comprenant qu’une seule espèce décrite : Trichoplax adherens. Leur génome a été séquencé et montre une complexité bien supérieure à leur anatomie. Cependant, une étude parue en juillet dernier montre que pas moins d’un tiers de la morphologie de cet animal était encore inexplorée. Laissez-moi vous raconter l’histoire du pauvre placozoaire.


Le pauvre et informe placozoaire… Et en plus il ne mesure que quelques millimètres (souvent entre un et trois).  (Source : il faut toujours utiliser wiki)

Aujourd’hui nous sommes dans l’ère de la génomique (faut bien faire de grandes généralités). Séquencer un génome coûte de moins en moins cher et est de plus en plus facile. On est techniquement loin du temps où il fallait plusieurs laboratoires et plusieurs années pour séquencer un génome (voir sur tout se passe comme si). Et si le génome de tous les « organismes modèles » en biologie a été séquencé, le séquençage des génomes est même pratiqué maintenant pour des organismes plus obscurs, comme montré dernièrement dans plusieurs articles sur les cténophores parus dans Science et Nature et dont l’un d’eux a été très bien commenté par Taupo (ici, encore). L’initiative est louable, et nous sommes tous impatients de voir le moment où la plupart des génomes seront disponibles. Aussi, c’est en 2008, il y a six ans déjà, que le génome de l’étrange et discret placozoaire était séquencé. Mais qu’est-ce qu’un placozoaire ?


Evolution du coût de séquençage d’un génome et du nombre de génomes séquencés en fonction du temps. Ouaip, ça va vite ! (Source : la courbe qui fait sérieux)

Les placozoaires, déjà évoqués ici (Evolution et complexité, ce n'est pas si simple), sont juste des petits matelas de quelques cellules, rampant au fond des eaux marines côtières. Ce sont des animaux uniques, différents de ceux dont qu’on est habitués à voir. L’origine de ce groupe remonte probablement aux débuts de la diversification des animaux. Une grande découverte assurément, et dont l’histoire vaut le détour. Ils n’ont pas été découverts dans les abysses, une contrée lointaine ou quelque zone inexplorée que ce soit. Non, ils ont été découverts au fin fond… d’un aquarium dans un laboratoire en 1883. Pendant plusieurs années (décennies, une siècle) d’ailleurs personne n’en avait trouvé de sauvages. Puis, aussi petits et discrets soient-ils, ils ont finalement  été trouvés en liberté, libres et heureux, en 1989 à Hawaï, dans les eaux côtières.

Cependant, malgré les implications que cet animal pouvait avoir sur notre compréhension de l’origine des animaux, le pauvre placozoaire est resté peu étudié. Ce n’est que dans les années 70 que le vrai boulot a commencé. Les premiers travaux en microscopie électronique ont été menés sur cet animal. Et donc l’année dernière que savions-nous encore sur cet animal ? Que seuls quatre types cellulaires sont présents. Très peu donc. En voici la liste :

-Les cellules dorsales ciliées,
-Les cellules ventrales, elles aussi ciliées mais présentant des papilles (pour être exact des microvillosités),
-Les cellules glandulaires (sécrétrices de trucs qu’on sait pas c’est quoi)
-Et des cellules fibreuses.

Les cellules fibreuses étaient supposées participer à la contraction de l’animal, les cellules ciliées à sa locomotion, mais les cellules ventrales étaient aussi supposées participer à la digestion. En effet, les microvillosités sont souvent impliquées dans cette fonction. Or le placozoaire mange en formant une cavité avec sa face ventrale autour des particules qu’il trouve intéressantes (ou du moins qui ne vont pas plus vite que lui). Bref, ce n’est pas folichon, et même la reproduction sexuée n’a jamais été observée chez cet animal (quand bien même elle est très très fortement suspectée). Il n’y a donc pas grand-chose à dire sur placoco. Pas grand-chose, vraiment ? Ben comme je l’ai dit on a séquencé son génome. 98 millions de paires de bases, un océan d’informations (quand bien même ça reste inférieur aux mammifères par exemple qui ont autour de deux/trois milliards de paires de bases). Et ce n’est pas de l’ADN tout pourri avec que des trucs qui servent à rien, on y trouve la plupart des gènes de développement et de voies de signalisation cellulaires que l’on trouve chez les animaux apparemment plus complexes comme l’humain ou la mouche ! Mais à quoi cela peut-il bien servir chez un animal qui possède quatre types de cellules différentes et qui ne fait rien que ramper ?

Schéma des différentes cellules d’un placozoaire, on a vite fait le tour… (Source: schéma qui ressemble à rien. )

La fin du résumé de l’article suivant le séquençage du génome de notre timide placozoaire laisse présager quelque chose. Il est écrit que cette étude devrait « encourager des recherches plus approfondies pour une complexité cellulaire cachée et/ou des phases du cycle de vie inconnues.» Six ans après, enfin, certains scientifiques s’y sont enfin penchés.

Notre placoco a maintenant été étudié dans l’océan, et si d’autres phases du cycle de vie ne sont pas à exclure, il semble assez difficile de les observer. Rien à se mettre sous la dent donc par rapport à d’autres phases. Alors ? D’autres types cellulaires ? Notre ami a pourtant déjà été étudié en détails par microscopie électronique, une méthode si puissante que la résolution est moléculaire ! Qu’attendre de plus ?

Et bien en juillet dernier, un article qui m’a beaucoup touché en tant que morphologiste est paru. Une nouvelle étude de la morphologie des placozoaires. Après plusieurs articles parus ces dernières années commentant le génome de notre ami, discutant les implications que peuvent avoir tous ces gènes, des gens se sont enfin décidés à revenir un peu sur la morphologie de notre ami. En morphologie, on ne prend pas juste un organisme pour le foutre sous le microscope, faire un dessin et décrire tout ça dans un vieux livre en allemand. Pour chaque type de microscopie un peu avancée, on doit « fixer » l’animal. Le stabiliser chimiquement pour ne pas qu’il se détériore, qu’il garde son intégrité morphologique (ou génétique) et qu’il puisse être traité avec les méthodes de coloration adaptées au microscope que l’on va utiliser. Chaque méthode de fixation a ses avantages et ses inconvénients : l’alcool préserve l’ADN mais dessèche l’animal. Le formol préserve sa morphologie mais l’ADN est ensuite difficile à récupérer. Il existe des dizaines de « fixatifs », autant dire que bien choisir est crucial. Dans cette étude récente les auteurs ont tenté des méthodes de fixations plus efficaces, jamais essayées sur placoco, ainsi que des types de microscopie pour certains datant de plusieurs dizaines d’années (contraste de phase différentiel) ou plus récents (confocal) ainsi que la bonne vielle microscopie électronique à transmission. Et ben, et on trouve quoi alors ?

Pas moins de deux nouveaux types cellulaires ! Contre, je vous le rappelle, quatre décrits auparavant. C’est-à-dire qu’au moins un tiers de l’animal était inconnu ! C’est comme étudier un humain des pieds au torse ! Qu’a-t-on donc découvert ? Le plus impressionnant, bien que ces cellules ne soient pas tellement abondantes, sont les cellules cristallines réfringentes, c’est-à-dire des cellules qui réfléchissent la lumière au microscope. Elles possèdent en leur sein un cristal de composition inconnue. La fonction de ces cellules est encore énigmatique et elles pourraient éventuellement être impliquées dans la détection de la lumière ou de la gravité. Malheureusement, pour l’instant, la sensibilité à ces deux variables des placozoaires n’est pas attestée, et ces cellules cristallines restent mystérieuses.

Cela ne nous apprend donc pas grand-chose malheureusement. L’autre catégorie de cellules trouvée est celle des cellules lipophiles (c’est-à-dire qu’elles contiennent des lipides, du gras quoi), autrement plus intéressantes puisqu’elles semblent secréter des produits acides. Au vu de leur répartition sur la phase ventrale, elles sont supposées participer à la digestion par la sécrétion des différents produits. Des cellules non négligeables donc. Rappelez-vous, lorsqu’un placozoaire mange, il forme seulement une cavité avec sa face ventrale. Il est donc supposé que ces cellules lipophiles vont relarguer les « sucs digestifs ». La « proie » (si tant est que placoco chasse) va être digérée, et les cellules ciliées ventrales, avec leurs microvillosités et donc leur surface augmentée, vont s’occuper de l’absorption des nutriments. La question est : cela pourrait-il nous apprendre quelque chose sur l’origine même du système digestif chez les autres animaux ? Qui sait ? Mais plus de recherches sont nécessaires pour pouvoir s’approcher d’une conclusion.


Représentation d’une coupe de placozoaire avec les nouveaux types de cellules découverts. En plus d’être plus complet, ce dessin est plus joli que ce qu’on avait précédemment. DEC et VEC signifient respectivement cellule de l’épithélium dorsale et cellule de l’épithélium ventral. Source : Smith et al. 2014.

Allez, voilà, on a fait le tour des deux autres types de cellules. C’est proportionnellement plus mais pas la peine de faire tout un foin là-dessus. Mais si ! Quand y’en a plus y’en a encore (je n’en ai cependant plus pour très longtemps). Déjà, deux autres types de cellules supplémentaires pourraient être présents. Ca n’est pas encore confirmé car on n’a pas tellement de nouvelles données, c’est pour ça qu’elles ne font pas encore partie de la liste « officielle ». Certaines études précédentes ont montré la présence de cellules dorsales ciliées apparemment similaires en morphologie des bonnes vieilles cellules dorsales déjà décrites, mais possédant aussi des lipides en leur sein. Ces cellules ont été supposées être impliquées dans la défense de l’organisme (elles seraient répulsives). Malheureusement les spécimens étudiés dans cette nouvelle étude ne semblaient pas présenter ces gouttelettes de lipides. Cela laisse supposer que la lignée de clones sur laquelle l’étude a été menée est différente des lignées sauvages. Et des observations des auteurs sur les lignées sauvages ont confirmé la présence de ces gouttelettes de lipides.

Le dernier type de cellules supposé est peut-être constitué par des cellules souches, c’est à dire des cellules indifférenciées. Malheureusement, ces petites cellules reportées dans d’autres études ne sont pas vraiment discutées dans cette étude…

Donc, peut-être huit types de cellules, c’est bien. Mais attendeeeeez, j’ai toujours pas fini ! L’étude plus approfondie de la morphologie des cellules déjà décrites peut nous apporter aussi de nouvelles informations. Et ça a été le cas. Déjà les cellules glandulaires dont je vous parlais semblent produire des neurotransmetteurs… Ce seraient donc des cellules impliquées dans l’intégration des informations que l’organisme perçoit autour de lui. Probablement des cellules similaires aux cellules nerveuses des autres animaux. Une découverte importante qui encore, demande plus de recherches. On est loin de la fonction inconnue de ces cellules, quand bien même il reste du travail.

Le dernier résultat intéressant, c’est que ces cellules fibreuses n’auraient pas le rôle contractile qu’on leur a précédemment prêté. Quand bien même leur morphologie correspond, il n’a pas été trouvé de fibres contractiles. A l’inverse, au contact de chaque cellule, au niveau de la membrane cellulaire, des pores sont présents. Ce qui laisse penser que des trucs, encore inconnus, doivent passer entre les cellules. Les auteurs ont donc proposé que ce seraient peut-être plutôt des cellules qui transmettent de l’information, des formes de « neurones » (bien que ça n’en soit pas, il n’y a pas de vraie synapses). Bref, encore une piste à explorer, d’autant plus qu’il y a une question en suspens maintenant, c’est que si les cellules fibreuses ne sont pas contractiles, alors comment les placozoaires se contractent-ils ?

Allez, un petit récapitulatif :


Type de cellule
Fonction supposée
Anciennes cellules décrites
 Cellules ciliées dorsales
 Déplacement
 Cellules ciliées ventrales
 Déplacement et ingestion
Anciennes cellules décrites et réinterprétées
 Cellules glandulaires
Précédemment inconnu, probablement Neurosécrétion.
 Cellules fibreuses
Contraction. Transmission de signal hormonal ou électrique
Nouvelles cellules décrites
 Cellules lipophiles (ventrales)
 Digestion
 Cellules cristalines
 Inconnue (vision, balance ?)
Nouvelles cellules suspectées
Cellules lipophiles dorsales
Défensive ?
Cellules souches
Cellules non spécialisées
Tableau récapitulant les nouvelles découvertes morphologiques sur notre ami placoco

Donc si on résume bien, on a deux extrêmes : 
-Soit on a seulement découvert deux nouveaux types de cellules, ce qui nous fait au total six types de cellules.
-Ou, on a jusqu’à quatre nouveaux types de cellules, ce qui double le nombre précédemment décrit, et la moitié de ce qui était précédemment décrit (deux sur quatre) était mal interprétée. C’était donc, dans ce cas, plus de trois quarts de la morphologie qui était inconnue ou mal décrite.

Encore une fois à l’ère de la génomique, si en effet, les trois quarts de la morphologie étaient inconnus, les interprétations sur cet animal et son génome étaient donc là jusque-là quasiment vides de sens. Six ans après le séquençage du génome des placozoaires et plusieurs articles sur le sujet, il était temps de revenir un peu sur leur anatomie. Tout ça montre donc l’importance de la morphologie en biologie. Ce n’est pas une vieille discipline dont on n’a plus besoin. C’est une activité dynamique où les techniques se multiplient mais aussi où une quantité incroyable de travail reste à faire (sur des organismes déjà étudiés ou non, avec des méthodes déjà utilisées ou non). A l’inverse malheureusement, le nombre de spécialistes dans ce domaine diminue fortement.

Bien sûr, encore une fois, la prudence est de mise. Certaines des conclusions que j’ai évoquées ici pourraient être réinterprétées… Mais dans tous les cas, même le plus « insignifiant » des animaux a encore beaucoup de secrets à nous révéler !

Sources :

Smith, C., Varoqueaux, F., Kittelmann, M., Assam, R. N., Cooper, B., Winters, C. A., Eitel, M., Fasshaeur, D. et Reese, T. S. Novel cell types, neurosecretory cells, of the early-diverging Metazoan Trichoplax adherens. Current Biology. 24, 1565-1572.

Srivastava, M., Begovic, E., Chapman, J., Putnam, N.H., Hellsten, U., Kawashima, T., Kuo, A., Mitros, T., Salamov, A., Carpenter, M.L., et al. (2008). The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature. 454, 955–960.



mardi 23 septembre 2014

Mission to Mars : une affaire de sol !

Aujourd’hui, une fois n’est pas coutume, on va parler un peu de science fiction. Ouiiii je sais ce n’est pas l’objectif du blog, on est supposé parler de ce qui existe sur Terre et pas de ce qui pourrait exister dans l’espace.

Bref. Il y a quelques temps, je suis retombé sur un livre égaré au fond de ma bibliothèque : The Mars Trilogy, de Kim Stanley Robinson. Je dois avouer que, étant un gros flemmard, je l’ai lu en version française. Pour la faire courte, il s’agit de l’histoire romancée des premiers humains à avoir colonisé Mars. On nage bien en pleine science fiction. Quoique, avec le projet Mars One de la NASA, peut-être qu’on n’en est pas si loin… Sans vous dévoiler l’intrigue de ce livre, quelle ne fut pas ma surprise de constater que bon nombre de techniques et technologies présentées sont aujourd’hui bien réelles et utilisées (presque) tous les jours ! Entre autre, il y a le problème de la terraformation – néologisme décrivant la transformation d’une planète hostile à l’être humain en planète dont les conditions naturelles sont semblables à celle de la Terre. Dans le livre de la trilogie de Mars, les colons font face à ce souci récurrent : comment faire pousser des plantes à la surface de Mars ?

Alors oui, bien entendu, il y a le problème de la température (il fait « légèrement » plus froid sur Mars que sur la Terre, c'est-à-dire une température moyenne de -55°C ; il vaut mieux ne pas oublier son chandail et ses moon-boots quand on sort faire son footing) qui empêche directement la croissance des plantes. Mais qu’à cela ne tienne ! Imaginons un instant que des êtres humains s’installent sur Mars, ils n’iront pas se faire bronzer tout de suite en haut du Mont Olympus. Ils resteront probablement enfermés dans des caissons étanches pressurisés. En effet, en plus de faire plutôt froid à la surface de Mars, l’atmosphère y est irrespirable pour l’être humain : elle est composée à 95% de CO2. Par comparaison, l’atmosphère actuelle de la Terre contient 0.04% de CO2 et des études cliniques montrent qu’à partir de 6% ou 7% de CO2 dans l’atmosphère, on commence à éprouver une gêne respiratoire. Sans compter que la pression est bien moins importante sur Mars que sur la Terre : elle se situe à environ 600 Pascal (c’est l’unité de mesure de la pression atmosphérique) si on fait une moyenne. Il ne faut pas oublier que sur Terre la pression moyenne est de 101300 Pascal, ce qui fait que la pression atmosphérique terrestre est environ 170 fois plus importante que celle de Mars. On va donc éviter pour le moment de sortir sans scaphandre intégral, sous peine de mourir de froid, d’asphyxie et de pertes de fluides vitaux par tous les orifices.

Revenons à nos colonisateurs. Quelle sera leur priorité une fois installés ? Eh bien ils auront à assurer leurs besoins immédiats : nourriture, air, eau. C’est bien joli d’envoyer tout ça depuis la Terre, mais au bout d’un moment, manger des conserves, ça fait péter les plombs ! Du coup, il faudra qu’ils cultivent leur propre nourriture… Et pour ça, c’est pas compliqué ! Un peu de terreau, quelques graines et hop ! un potager sous serre ! Oui mais voilà : sur Mars, il n’y a pas de sol. C’est juste de la pierre nue ! Du coup, des chercheurs se sont posé la question : est-on à l’heure actuelle capable d’identifier des plantes qui pourraient potentiellement croitre sur les sols martiens ? Cet article a déjà été analysé par Pierre Barthélémy sur leblog « passeur des sciences » ou vous pouvez aller voir directement ce que disent les chercheurs hollandaisdans leur article. Tout ça pour dire que, oui, certaines plantes sont bien capables de pousser sur des sols martiens.

Suite à ça, j’aimerai revenir sur un point clé : c’est quoi, un sol ? Qu’est ce qui fait qu’un sol est « bon » pour une plante ? Reprenons du début, et tournons nous vers le passé avant de regarder vers l’avenir. Prenons l’exemple de la Terre à l’Ordovicien, période qui se trouve grosso-modo entre -485 et -443 millions d’années. A peu près. A la louche, quoi. Bref. A cette époque, c’est plutôt vide à la surface de la Terre – alors que sous l’eau, oh boy, c’est la grande fiesta ! Mais ce n’est pas vide pour très longtemps : les plantes chlorophylliennes vont coloniser ce no man’s land… mais ça ne s’est pas fait en un jour ! Au début, on trouvait vraisemblablement des organismes proches des lichens, des cyanobactéries, des organismes résistants mais ne dépassant probablement quelques centimètres de haut ([1] et [2]). Et c’est là que nous en revenons à notre planète Mars. Car sur la Terre à cette époque, tout du moins sur les continents, les conditions s’apparentent à ce qu’on trouve actuellement sur la planète rouge : de la roche nue et constamment balayée par les vents. Pas terrible pour nos petites plantes actuelles qui ont l'habitude d'avoir un sol profond pour développer leurs racines ! 

Paysage du Silurien, la période géologique juste avant le Dévonien. Que des petites plantes à ras de terre, qui poussent directement sur la roche nue. Source

Vous avez déjà du remarquer qu’il existe différents types de sols, ne serait-ce que lors d’une promenade en forêt, par comparaison avec les pelouses bien entretenues du parc municipal d’à côté. Prenons un sol typique, comme montré sur la photo suivante

Une coupe de sol. Source 

Le sol, c’est un gros gâteau, en fait. C’est un ensemble de couches, appelées « horizons ». Au dessus du gâteau, le glaçage, c’est la partie vivante du sol, qui comprend la litière (l’ensemble des feuilles et organismes morts qui se déposent progressivement à la surface) et l’humus (qui est l’horizon où se retrouve l’ensemble de la matière organique morte et tous les décomposeurs tels que les vers de terre, insectes et champignons). C’est l’humus qui est la partie la plus importante du sol : il contient tous les nutriments nécessaires à la croissance des plantes terrestres, et en particulier, tout l’azote nécessaire à la synthèse des protéines des plantes ainsi que le phosphore utilisé dans la construction des ADN et ARN. C’est pour ça qu’on ajoute des engrais azotés et phosphatés dans les cultures, car au bout d’un moment ces ressources s’épuisent si le sol est trop cultivé ! En dessous, dans la génoise du gâteau, on retrouve progressivement un mélange entre la matière organique morte et la roche-mère plus ou moins fragmentée. C’est là que se retrouvent aussi toutes les grosses racines des arbres, qui cherchent toujours plus loin en profondeur l’eau, élément également essentiel à la croissance des plantes.

Du gâteau, ce sol ! Ou bien est-ce le contraire ? Source
Et c’est là qu’on arrive à une autre découverte qui pourrait bien aider les futurs colons martiens : d’autres chercheurs espagnols  ont mis en évidence que certaines plantes étaient capables d’utiliser l’eau contenue dans les roches. Je précise : contenue dans les roches à l’échelle moléculaire. On parle ici d’eau de cristallisation, présente directement dans les cristaux de roches. En particulier cette eau se retrouve dans le gypse hydraté, appelé également sulfate de calcium hydraté. Ici, l’eau est associée très étroitement aux autres atomes et est, théoriquement, indisponible pour les végétaux (pour info, le gypse, une fois chauffé et déshydraté, sert à faire du plâtre). Eh bien, finalement, peut être pas… les chercheurs ont mis en évidence avec des études isotopiques que des molécules d’eau, initialement présentes dans le gypse, se retrouvaient au cours de la journée dans les plantes qui poussaient directement sur ce minéral. Je ne vais pas détailler la méthode, mais il est possible de différencier l’eau disponible présente dans le milieu, de l’eau – normalement – indisponible présente dans les pierres. Conclusion : certaines plantes, soumises à des conditions de croissances extrêmement difficiles, possèdent des caractères et des techniques qui leur permettent de récupérer l’eau contenue dans les roches. Et ce qui est très intéressant, c’est qu’il existe sur Mars des roches qui se comportent comme le gypse…

Un peu plus haut, j’ai parlé de la nécessité pour les plantes d’avoir des composés azotés et phosphatés dans le sol à leur disposition pour pouvoir croître. Pour revenir à l’étude réalisée par les chercheurs hollandais, ils ont mis en évidence que les légumineuses poussaient sans problème sur des sols dépourvus de toute matière organique. En effet, ces plantes possèdent la capacité de récupérer l’azote atmosphérique et peuvent donc se développer sans apports provenant du sol… du moment qu’il y a de l’eau en quantité ! Les légumineuses sont ce qu’on appelle des plantes pionnières : elles s’installent sur un sol dépourvu ou presque d’éléments nutritifs, croissent puis meurent, et laissent un sol plus riche qu’au départ car elles ont fixé l’azote de l’air en matière organique utilisable par d’autres plantes qui elles, ont besoin de cet apport dans le sol. Le problème c’est que sur Mars, il n’y a pas ou peu d’azote disponible dans l’atmosphère… donc là encore, il faudrait que les futurs martiens trouvent comment apporter de l’azote sur la planète .

La plante idéale pour commencer une terraformation devrait donc être capable de pousser directement sur la roche nue, sans apport d’eau, ou presque. Il faudrait cependant que la technologie protège ces végétaux de la trop faible pression atmosphérique, en faisant par exemple pousser des forêts sous dômes transparents. Par la suite, les composés produits par les végétaux pourraient être exportés à la surface nue de Mars pour commencer à former des sols. Dans un avenir pas si lointain, en utilisant toutes nos connaissances sur les comportements et les caractéristiques des différentes plantes, on pourrait être capable d’utiliser tout un cortège de plantes pionnières afin de préparer des sols viables pour d’autres générations de plantes plus exigeantes. Imaginez : une plante pour récupérer de l’eau de cristallisation, une plante pour enrichir le milieu en azote, une plante pour fragmenter mécaniquement la roche-mère en plus petits morceaux… C’est de la science fiction, mais plus pour très longtemps !

Et si Mars la Rouge devenait Mars la Bleue ? Source
Boris
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