Dans les régions polaires, à mesure que les écosystèmes gelés fondent, les microbes influenceraient les changements climatiques

Les résultats d’un nouvel examen international mené par l’Université McGill indiquent que les microbes présents dans les régions les plus froides de la planète deviennent de plus en plus actifs en raison de la fonte des glaciers, du pergélisol et de la glace de mer, ce qui accélère la libération du carbone et risque d’accélérer les changements climatiques.

S’appuyant sur des données provenant de milieux polaires et alpins du monde entier, l’équipe de recherche a constaté que le réchauffement climatique accélère le métabolisme microbien. Cette accélération favorise la dégradation de la matière organique et accroît la libération dans l’atmosphère de gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone et le méthane. Le dégel des sols peut également entraîner la libération de contaminants, comme le mercure, dont les effets dépassent largement les régions polaires, puisque ces substances nocives se propagent par les réseaux fluviaux et les chaînes alimentaires.

« Les écosystèmes microbiens des climats froids sont à l’aube de transformations rapides », affirme Scott Sugden, coauteur de l’étude et doctorant au Laboratoire de microbiologie polaire dirigé par le professeur Lyle Whyte, du Département des sciences des ressources naturelles. « Nous savons que ces changements auront des répercussions majeures sur le cycle mondial du carbone, mais aussi sur les communautés humaines, la sécurité alimentaire et économique, et la libération de toxines. Or, ces écosystèmes évoluent plus rapidement que notre capacité à les comprendre. »

L’influence du dégel sur les microbes

La synthèse résume des dizaines d’études visant à évaluer la modulation de l’activité microbienne causée par la température et la disponibilité des nutriments, menées dans des milieux arctiques, antarctiques, alpins et subarctiques.

L’équipe de recherche a mis en évidence deux constantes dans toutes les régions étudiées : dans les environnements gelés, les processus microbiens sont limités à la fois par la température et par la disponibilité de la nourriture. À mesure que les sols dégèlent et que les nutriments circulent plus librement grâce au ruissellement, ces contraintes s’atténuent. Les microbes deviennent alors plus actifs, accélèrent le cycle du carbone et libèrent des contaminants stockés.

« Ces deux vérités générales au sujet de la nourriture et de la température ressortent constamment de dizaines d’études réalisées dans autant d’écosystèmes », souligne Scott Sugden.

L’étude met également en lumière d’autres facteurs susceptibles d’influencer l’évolution de ces processus, notamment la disponibilité de l’oxygène et le degré d’humidité des écosystèmes après leur dégel. Ces conditions peuvent modifier considérablement le comportement des communautés microbiennes.

Des lacunes qui réduisent l’exactitude des prévisions climatiques

Bien que les processus microbiens soient de plus en plus reconnus comme des moteurs importants des boucles de rétroaction climatique, l’équipe rappelle que la microbiologie polaire demeure un champ de recherche relativement récent, des données de référence n’étant accessibles que pour les vingt dernières années. Ces lacunes compliquent l’élaboration de projections fiables quant aux changements climatiques à long terme.

« Contrairement à d’autres domaines où l’on peut retracer l’évolution d’une espèce sur plusieurs siècles, nous ne disposons pas d’un tel recul temporel. Nos premières données remontent au début des années 2000 », explique Scott Sugden.

L’étude a cerné trois autres lacunes majeures :

• Les recherches ont principalement été effectuées dans des régions facilement accessibles et dotées d’infrastructures établies. De vastes portions de l’Arctique et de l’Antarctique ont donc été peu étudiées.
• Les conditions météorologiques extrêmes et le manque de lumière nuisent aux travaux sur le terrain en hiver.
• En raison du financement à court terme, les études ne peuvent durer que quelques années, ce qui masque les tendances à long terme.

Afin d’améliorer les projections climatiques, les auteurs de l’étude préconisent une meilleure coordination des efforts de surveillance à l’échelle mondiale, ainsi qu’un recours accru à des méthodes de collecte de données peu coûteuses et largement accessibles.

« On ne peut pas demander des millions de dollars pour étudier chaque site. Mais les chercheurs polaires peuvent au moins apporter un thermomètre sur le terrain. Ces petites données, lorsqu’elles sont recueillies de manière cohérente, peuvent avoir un effet considérable », affirme Christina Davis, coauteure de l’étude et chercheuse postdoctorale en astrobiologie et biosignatures extraterrestres.

« Plus les données sont nombreuses, mieux c’est, peu importe leur nature », ajoute Scott Sugden.

L’étude

L’article « Current and future effects of climate change in cryosphere microbial ecosystems », par Scott Sugden, Christina L. Davis, Matthew W. Quinn et Lyle G. Whyte, a été publié dans Nature Reviews Microbiology.

L’étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Programme des chaires de recherche du Canada et l’Agence spatiale canadienne.