Il existe plus d’espèces microbiennes que d’étoiles dans l’univers

Les humains cataloguent toutes les espèces qu’ils trouvent. Cela dure depuis des siècles. Mais en réalité, cet effort nous a permis seulement de connaitre le millième du 1 % de toutes les espèces de la planète. Selon les estimations, il y aurait plus d’espèces microbiennes que d’étoiles dans l’univers.


Les humains cataloguent toutes les espèces qu'ils trouvent. Cela dure depuis des siècles. Mais en réalité, cet effort nous a permis seulement de connaitre le millième du 1 % de toutes les espèces de la planète. Selon les estimations, il y aurait plus d'espèces microbiennes que d'étoiles dans l'univers.

Pendant des siècles, l’homme s’est efforcé de découvrir et de décrire la somme de la diversité biologique de la Terre. Les scientifiques et les naturalistes ont répertorié des espèces de tous les continents et de tous les océans, des profondeurs de la croûte terrestre aux plus hautes montagnes et des jungles les plus reculées à nos villes les plus peuplées. Ce grand effort met en lumière les formes et les comportements que l’évolution a rendus possibles tout en servant de base à la compréhension de la descendance commune de la vie. Jusqu’à récemment, notre planète était habitée par près de 10 millions d’espèces (107). Bien que peu nombreuse, cette estimation repose presque exclusivement sur des espèces visibles à l’oeil nu.

La prise en compte des espèces microbiennes

Qu’en est-il des plus petites espèces telles que les bactéries, les archées, les protistes et les champignons ? Collectivement, ces taxons microbiens sont les formes de vie les plus abondantes, les plus répandues et les plus anciennes sur la planète. Quelle est leur contribution à la mondiale ? Quand des micro-organismes sont pris en compte, des études récentes suggèrent que la Terre pourrait abriter 1 000 milliards d’espèces.1 Si c’est vrai, alors notre grand effort, pour découvrir la biodiversité de la Terre, n’est encore que le millième du 1 % de toutes les espèces de la planète.

L’estimation de la diversité microbienne, même dans les habitats les plus ordinaires, présente des défis uniques. Pendant plus d’un siècle, les scientifiques ont identifié des espèces microbiennes en les cultivant d’abord sur des boîtes de pétri, puis en caractérisant leurs propriétés cellulaires et leurs aspects physiologiques tels que les tolérances thermiques, les substrats qu’ils consomment ou les enzymes qu’ils produisent. Ces approches sous-estiment considérablement la diversité, non seulement parce qu’il est difficile de cultiver la grande majorité des micro-organismes, mais aussi parce que des espèces microbiennes non apparentées peuvent remplir des fonctions similaires et ne se distinguent probablement pas par leur apparence.

Un nonillion d’espèces microbiennes sur Terre

Au milieu des années 1990, un nombre croissant de microbiologistes ont commencé à abandonner les techniques de culture pour identifier les organismes en séquençant directement les acides nucléiques, l’ADN, des eaux océaniques, des feuilles, des sédiments et même des biofilms. Au cours de la dernière décennie, ces méthodes se sont considérablement améliorées afin que des millions de microbes puissent être échantillonnés en même temps. Grâce à cette approche, nous avons appris qu’un seul gramme de sol agricole peut contenir plus de 10 000 espèces. De même, nous savons que près de 10 000 milliards de cellules bactériennes constituent le d’un être humain.2 Ces microbes aident non seulement à la digestion et à la nutrition de leur hôte, mais représentent également une extension de son système immunitaire. Au-delà de nous-mêmes, les microbes se trouvent dans la croûte terrestre, son atmosphère et toute la profondeur de ses océans et de ses calottes glaciaires. Au total, le nombre estimé de cellules microbiennes sur Terre oscille autour d’un nonillion (1030), un nombre qui dépasse l’imagination et dépasse le nombre estimé d’étoiles dans l’Univers. Naturellement, cela pose la question de savoir combien d’espèces pourraient exister.

On a établi de longues listes d’espèces pour presque tous les écosystèmes de la planète, avec près de 20 000 espèces de plantes et d’animaux découvertes chaque année.3 Bon nombre de ces espèces se trouvent être des coléoptères, mais il n’est pas rare que des rongeurs, des poissons, des reptiles et même des primates soient signalés. Bien que passionnantes pour les biologistes et le grand public, les nouvelles espèces végétales et animales ne contribuent que pour environ 2 % par an au nombre total d’espèces, signe que nous pourrions envisager un recensement presque complet de ces organismes sur la planète.

Un seul aquifère peut contenir des millions d’espèces

Au contraire, des lignées profondes contenant des espèces incalculables sont décrites à un rythme rapide dans le monde microbien. Il y a quelques années, à partir d’un seul aquifère du Colorado, les scientifiques ont trouvé 35 nouveaux phyla bactériens; un phylum est un large groupe contenant des milliers, des dizaines de milliers ou, pour les microbes, même des millions d’espèces apparentées.4 Les phyla découverts dans cet aquifère représentaient 15 % de tous les phyla bactériens précédemment connues sur Terre. Pour le mettre en contexte, les humains appartiennent au phylum Chordata, mais il en va de même pour plus de 65 000 autres espèces d’animaux possédant une notochorde (ou squelette), notamment des mammifères, des poissons, des amphibiens, des reptiles, des oiseaux et des tuniciers. Ces découvertes suggèrent que nous sommes à la pointe de l’iceberg en termes de description de la diversité de la biosphère microbienne.

Idéalement, il faudrait s’accorder sur ce qui constitue une espèce si l’on veut obtenir une estimation de la biodiversité mondiale. Pour les plantes et les animaux, une espèce est généralement définie comme un groupe d’organismes capables de se reproduire et de produire une progéniture viable. Cette définition, malheureusement, n’est pas très utile pour classer les espèces microbiennes, car elles se reproduisent de manière asexuée. (Les micro-organismes peuvent transférer des gènes chez des individus étroitement apparentés par des processus connus sous le nom de transfert de gènes horizontal, ce qui s’apparente à la recombinaison qui se produit chez les organismes sexuellement reproducteurs.)

La classification des espèces

Néanmoins, il existe des moyens de classer les organismes en fonction de l’ascendance partagée, qui peuvent être déduits des données génétiques. La technique la plus couramment utilisée, pour délimiter les taxons microbiens, consiste à comparer les séquences génétiques de l’ARN ribosomal (ARNr). Ce gène est impliqué dans la construction des ribosomes, les machines moléculaires nécessaires à la synthèse des protéines parmi toutes les formes de vie. En comparant les similitudes entre les séquences, les scientifiques peuvent identifier des groupes de taxons sans avoir besoin de les développer ou de caractériser minutieusement leur physiologie ou leur structure cellulaire. Parmi les nombreuses mises en garde associées à cette classification des taxons microbiens basée sur l’ARNr, se trouve le fait qu’elle sous-estime probablement le nombre réel d’espèces. Si tel est le cas, la prévision récente selon laquelle la Terre pourrait héberger jusqu’à 1012 espèces pourrait en fait être une estimation prudente malgré son ampleur.

Le fait de connaître le nombre d’espèces microbiennes sur Terre pourrait avoir des implications pratiques qui améliorent notre qualité de vie. La perspective d’une biodiversité encore à exploiter pourrait stimuler le développement de carburants alternatifs pour répondre à la demande croissante en énergie, de nouvelles cultures pour nourrir notre population en croissance rapide et de médicaments pour lutter contre les maladies infectieuses émergentes. Mais peut-être y a-t-il une raison plus fondamentale de vouloir savoir combien d’espèces nous partageons avec la planète. Depuis la naissance de la civilisation, la survie de notre espèce dépend des essais et des erreurs des plantes, des animaux et des microbes que nous avons tenté de récolter, de domestiquer ou d’éviter. Notre intérêt pour la biodiversité reflète également une curiosité intrinsèque à l’égard de la nature et de sa place dans la nature. Que ce soit pour admirer, protéger, transformer ou exploiter, les humains n’ont jamais cherché à être totalement ignorants des espèces qui habitent la Terre.

Traduction d’un article d’Aeon par Jay T Lennon, professeur de biologie de l’université d’Indiana et Kenneth J Locey, membre de faculté au Diné College.

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Sources

1.
Locey KJ, Lennon JT. Scaling laws predict global microbial diversity. P. 2016;113(21):5970-5975. doi:10.1073/pnas.1521291113
2.
Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biol. 2016;14(8):e1002533. [PubMed]
3.
Office of Communications E. State of Observed Species. esf.edu. http://www.esf.edu/species/SOS.htm. Published September 10, 2018. Accessed September 10, 2018.
4.
Brown CT, Hug LA, Thomas BC, et al. Unusual biology across a group comprising more than 15% of domain Bacteria. N. 2015;523(7559):208-211. doi:10.1038/nature14486
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Houssen Moshinaly

Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009 et vulgarisateur scientifique.

Je m'intéresse à tous les sujets scientifiques allant de l'Archéologie à la Zoologie. Je ne suis pas un expert, mais j'essaie d'apporter mes avis éclairés sur de nombreux sujets scientifiques.

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