Analyse multi-écheile de roches microbiennes de l'Altiplano (Andes, Chili)

Multiscale Analysis of microbial rocks from the Altiplano (Andes, Chile)

• Auteur / Autrice : Luna Marin olguin
• Direction : Purificacion Lopez-garcia
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie, Systématique et Évolution
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Diversité,Ecologie et Evolution Microbiennes
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Microbialites

Biominéralisation

Diversité microbienne

Minéralogie

Hydrochimie

Microbialites

Biomineralization

Microbial diversity

Mineralogy

Hydrochemistry

Résumé

Les microbialites sont des structures organosédimentaires formées par des communautés microbiennes. Ces tapis microbiens minéralisants, souvent laminés (stromatolites), sont facilement préservés dans le registre fossile et témoignent de l'existence de communautés microbiennes phototrophes à la surface de la Terre depuis ~3.5 Ga. Des microbialites sont encore formés de nos jours surtout en milieu lacustre dans des conditions hydrochimiques particulières, souvent rencontrées dans des systèmes soumis à une forte évaporation (1, 2). Notamment, leur formation pourrait être favorisée par les changements climatiques et/ou mise en danger par l'impact anthropique croissant sur ces systèmes associé à l'exploitation minière (3). Par leur activité photosynthétique et en favorisant la précipitation des carbonates, les microbialites fixent le CO2 sous forme à la fois organique et minérale. Ils peuvent donc potentiellement jouer un rôle non-négligeable dans le cycle biogéochimique du C dans le contexte du changement climatique globale, étant donné l'amplification des processus évaporitiques liés à la désertification des grandes régions continentales. Toutefois, les mécanismes sous-jacents à la formation des microbialites ne sont pas encore bien compris, et une comparaison de ces processus le long des gradients évaporitiques est nécessaire. L'altiplano des Andes chilien (~4 000 m altitude) abrite une série de lacs plus ou moins salés (salares) formés par la forte évaporation associée au désert de l'Atacama. Beaucoup de ces salares possèdent des microbialites en formation, mais n'ont pas été encore décrits et étudiés. Lors des expéditions récentes à l'altiplano chilien (collaboration avec l'université d'Antofagasta), nous avons pu échantillonner 24 salares, dont une bonne partie sous influence géothermale liée à l'activité volcanique de la région, le long d'un transect de 1 100 km nord-sud. Environ un quart de ces systèmes possèdent des microbialites de différentes morphologies et textures, qui n'ont jamais été décrits. Dans ce projet, nous proposons de combiner des analyses moléculaires de diversité et métagénomiques avec des analyses minéralogiques et d'imagerie à macro-, micro- et nanoéchelle pour répondre aux questions suivantes : i) Quelle est la composition des communautés microbiennes associées à ces stromatolites et quelles sont les fonctions métaboliques favorisant la précipitation minérale et donc la formation de ces structures biosédimentaires ? ii) Quel type de relations microorganisme-minéral ont lieu dans ce contexte hydrogéochimique particulier et quelles sont les conditions de biominéralisation et formation de stromatolites le long des gradients évaporitiques de l'altiplano ? iii) Quelles traces d'activité microbienne et des conditions environnementales sont enregistrées à micro- et méso-échelle ? Nous espérons ainsi établir des modèles de formation de stromatolites en fonction du contexte hydrochimique et évaporitique des salares de l'Altiplano, avec des implications pour comprendre les paléoenvironnements lacustres de la région et faire des projections sur l'évolution future de ces systèmes dans le cadre du changement climatique et la surexploitation et assèchement des salares pour en extraire du lithium.

Microbialites are organosedimentary structures formed by microbial communities. These mineralizing microbial mats, often laminated (stromatolites), are easily preserved in the fossil record and bear witness to the occurrence of phototrophic microbial communities on Earth since ~3.5 Ga. Microbialites still form today, notably in lacustrine environments of particular hydrochemistry often linked to evaporitic processes (1, 2). Their formation could be favored by climate change and/or impacted by human activities linked to, e.g. the mining industry (3). Microbialites fix CO2 in organic and mineral form by their photosynthetic activity and favoring carbonate precipitation. They can thus play a non-negligible role in the C cycle in the context of global climate change, notably under the increasing desertification of large continental areas enhancing evaporitic processes. Nonetheless, the mechanisms of microbialite formation are not well understood and a comparison of the involved processes along evaporitic gradients is needed. The Chilean Andean Altiplano (~4,000 m altitude) hosts a series of salt-flats (salares) displaying different salinities as a consequence of strong evaporitic processes in the Atacama Desert area. Several of these salares harbor modern microbialites, but most of them have not been studied. During recent field trips to the Chilean Altiplano (collaboration with the university of Antofagasta), we sampled 24 salares along a transect of 1,100 km, some of them under geothermal influence linked to the volcanic activity of the region. Around one fourth of these systems harbor microbialites of different morphologies and textures that have never been studied. In this project, we propose to combine metabarcoding and/or metagenomic analyses of microbial diversity with mineralogy analyses and imaging at macro-, micro- and nanoscale to answer the following questions: i) What is the composition of microbial communities associated to these stromatolites and what are the metabolic functions favoring the mineral precipitation and, accordingly, the formation of these biosedimentary structures? ii) What type of mineral-microbe interactions exist in the local hydrochemical context and what are the biomineralization conditions leading to microbialite formation along the evaporitic gradients of the Altiplano? iii) What traces of microbial activity and environmental conditions are registered at micro- and mesoscale? By answering to these questions, we hope to establish models of stromatolite formation as a function of the hydrochemical and evaporitic context of the Altiplano salares, with implication to understand the lacustrine paleoenvironments of the region and predict the future evolution of these systems in the framework of climate change and the overexploitation and desiccation of the salares for the sake of lithium extraction.