Les fonds marins mondiaux sont riches en ressources de nodules polymétalliques. Parce qu'ils sont riches en une variété de métaux stratégiques, ils sont considérés comme le type de gisements sous-marins ayant le plus grand potentiel de développement aujourd'hui. Ces ressources se trouvent principalement dans les plaines abyssales à des profondeurs d'eau de 4 000 à 6 000 mètres, généralement loin des terres et avec une très faible productivité. Au cours du dernier demi-siècle, des organisations et des équipes scientifiques de nombreux pays et régions ont mené des études d'impact et des études expérimentales pour surveiller et évaluer l'impact et le rétablissement des organismes benthiques, en particulier des organismes macrobenthiques, en réponse aux dommages environnementaux qui peuvent être causés par l'exploitation minière en eaux profondes. En revanche, les micro-organismes peuplant l'environnement des gisements de nodules métalliques sont confrontés à des conditions environnementales extrêmes, telles que les métaux lourds, l'oligotrophie, la haute pression et la basse température, et peu d'études ont été menées sur les mécanismes d'adaptation microbienne à l'environnement des gisements de nodules métalliques, ainsi que sur leur diversité et leur capacité métabolique.
Français L'impact environnemental de l'exploitation minière en eaux profondes est un sujet de grande préoccupation. Actuellement, l'Autorité internationale des fonds marins (ISA) promeut activement les plans régionaux de gestion de l'environnement (REMP). La première zone REMP est la zone de fracture Clarion-Clipperton (zone CC) dans l'océan Pacifique oriental, qui vise à protéger la biodiversité et les fonctions écosystémiques dans la zone cible de l'exploitation minière de nodules en eaux profondes dans l'océan Pacifique. L'Institut d'océanographie de l'Académie chinoise des sciences (IOCS), en collaboration avec le deuxième Institut d'océanographie du ministère des Ressources naturelles (MNR) et l'Université agricole de Huazhong (HUAU), a étudié systématiquement la capacité métabolique des micro-organismes dans les sédiments de nodules de manganèse dans la CCZ. Récemment, les résultats de recherche pertinents ont été publiés dans Microbiome. L'étude a reconstruit 179 génomes de haute qualité (MAG) et les a classés en 21 phylums bactériens et un phylum archéen par séquençage macrogénomique profond d'échantillons de sédiments de nodules de manganèse. L'étude a permis de déterminer les gènes fonctionnels des MAG et de présenter des preuves du rôle de différents micro-organismes dans les cycles des métaux, du carbone, de l'azote et du soufre. L'étude peut fournir un soutien scientifique important au plan régional de gestion environnementale de l'Autorité internationale des fonds marins et au développement national des ressources en nodules polymétalliques et à la réhabilitation environnementale.
L'étude montre que les micro-organismes hétérotrophes et autotrophes chimioénergétiques ont développé des mécanismes de résistance aux métaux lourds dans ces environnements sédimentaires riches en métaux, principalement par le biais de la redox des métaux catalysée par des enzymes (manganèse, chrome et mercure), du transport des métaux par des protéines de transport membranaire (plomb) et des interactions synergiques de ces deux métaux (arsenic et cuivre). Le fer et le manganèse sont les deux métaux les plus abondants dans les environnements sédimentaires ; le fer peut être utilisé par les micro-organismes comme accepteur d'électrons extracellulaires dans la chaîne de transport d'électrons sous la forme de Fe(III), et les micro-organismes oxydant le manganèse oxydent le manganèse(II) principalement en manganèse(III) ou manganèse(IV), avec moins de transport d'ions manganèse. Cela souligne l'importance de cette réaction d'oxydation pour que les micro-organismes maintiennent leur survie dans des systèmes limités en énergie. Cinq micro-organismes autotrophes chimioénergétiques appartenant au phylum Thaumarchaeota ou au phylum Nitrospirota se sont révélés avoir une capacité potentielle d'oxydation du manganèse. La découverte d’un grand nombre de gènes d’oxydoréductase des métaux, notamment l’oxydase Mn(II), la réductase Fe(III), la réductase Cr(IV), l’oxydase As(III) et la réductase Hg(II), fournit une ressource génétique importante pour des applications potentielles dans la biorestauration des métaux lourds.
Français Il a été constaté qu'en plus de l'oxygène et du Fe(III), les micro-organismes utilisent principalement le nitrate comme accepteur d'électrons pour obtenir de l'énergie par l'oxydation de composés métalliques et soufrés. Le nitrate est principalement réduit en oxyde nitrique et rejeté dans l'eau de mer. De plus, les micro-organismes avec diverses carbohydrases (CAZymes) n'ont pas montré d'abondance communautaire plus élevée. L'analyse fonctionnelle des micro-organismes dominants dans l'étude a montré qu'ils portaient une proportion plus élevée de gènes fonctionnels liés au métabolisme des métaux, de l'azote et du soufre, tandis que les CAZymes étaient plus faibles. Ainsi, l'utilisation de nutriments inorganiques (plutôt que du métabolisme des nutriments organiques) pour l'énergie par le biais de réactions d'oxydoréduction est la principale stratégie adaptative des micro-organismes pour maintenir leur survie dans les sédiments de nodules de manganèse. Sur la base de l'étude ci-dessus, les chercheurs ont proposé un modèle d'écologie microbienne dans les sédiments des zones de nodules de manganèse.
Les travaux de recherche ont été soutenus par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et le Programme pilote stratégique scientifique et technologique de l'Académie chinoise des sciences.
Fonctions métaboliques des taxons microbiens dominants dans les sédiments de la province des nodules de manganèse des grands fonds
