Comment des champignons cachés du sol « volent » l’ADN bactérien pour contrôler la pluie

De minuscules organismes présents au sol – bactéries et champignons – possèdent un « super pouvoir » qui leur permet de s’élever dans l’atmosphère et d’abattre la pluie, selon une étude récente.

Pour comprendre comment un microbe peut contrôler une tempête, il faut d’abord observer comment les nuages ​​se transforment en pluie. En haute atmosphère, l’eau ne gèle pas toujours à 0°C. Les températures sont normalement beaucoup plus basses au niveau des nuages, mais l'eau pure peut rester liquide jusqu'à -40°C.

La plupart des pluies commencent sous forme de glace. Dans l'atmosphère, les nuages ​​sont remplis d'eau « surfondue », un liquide plus froid que le point de congélation mais qui ne s'est pas encore transformé en glace car il n'a rien à retenir.

Pour qu’un nuage se transforme en pluie ou en neige, il a besoin d’une « graine » – une minuscule particule sur laquelle les molécules d’eau peuvent s’accrocher afin qu’elles puissent se cristalliser en glace, puis tomber des nuages ​​sous forme de pluie. La poussière, la suie et le sel – entraînés dans les nuages ​​par le vent – ​​peuvent le faire, mais ils ne sont pas très doués pour cela. Ils ont généralement besoin que la température baisse considérablement avant de commencer à travailler. C’est là que la biologie entre en scène.

Rencontrez les fabricants de glace

Depuis des décennies, les scientifiques connaissent les protéines nucléatrices de glace (INpros) présentes dans certaines bactéries comme Pseudomonas syringae. Les bactéries se déplacent des feuilles des plantes vers les nuages ​​pour déclencher la pluie. Ils utilisent des protéines spéciales pour forcer l’eau à geler à des températures pouvant atteindre -2°C.

Cependant, la récente découverte publiée dans la revue Science Advances a révélé un nouvel acteur dans le jeu climatique : les INpros fongiques. Alors que les bactéries gardent leurs protéines glaciaires cachées dans leur « peau », les champignons (principalement Fusarium et Mortierelle) sécrètent ces protéines dans le sol qui les entoure. Leur structure rend ces protéines fongiques solubles dans l’eau et plus petites que les protéines bactériennes, et avec une activité d’ensemencement de glace élevée qui en fait des graines de nuages ​​​​plus efficaces.

Faire pleuvoir

Cela nous amène au cycle de bio-précipitation. Imaginez un sol forestier couvert de ces champignons. Lorsque le vent se lève, leurs protéines microscopiques génératrices de glace sont projetées dans les nuages. Une fois sur place, ils agissent comme de puissantes « graines ».

Même dans des nuages ​​relativement chauds (au-dessus de -5°C), ces protéines fongiques peuvent forcer l'eau à se cristalliser en glace. À mesure que ces cristaux de glace grossissent, ils deviennent lourds et tombent. En tombant dans l’air plus chaud, ils fondent et se transforment en pluie.

Cela crée une boucle :

• les champignons poussent dans le sol humide d’une forêt
• les protéines des champignons sont emportées dans le ciel
• la pluie est déclenchée par ces protéines, arrosant la forêt en contrebas
• La croissance de nouveaux champignons est déclenchée par la pluie, recommençant ainsi le cycle.

Contrairement au Pseudomonas les bactéries, qui utilisent la glace pour « attaquer » et endommager les cultures afin d’accéder à leurs nutriments, ces Mortierelle les champignons sont des partenaires végétaux pacifiques. Ils ne cherchent pas à détruire. Au lieu de cela, ils sécrètent leurs protéines génératrices de glace dans le sol environnant, ce qui semble créer un bouclier protecteur contre les conditions difficiles et un environnement riche en nutriments qui aide à la fois le champignon et la plante à prospérer.

La nouvelle découverte sur les champignons est passionnante car elle montre que même les organismes enfouis dans le sol peuvent influencer l’atmosphère, ajoutant ainsi une nouvelle dimension à cet ancien partenariat entre la vie et le ciel.

Il s’agit d’une pièce manquante dans le puzzle de la façon dont la vie et le climat mondial s’influencent mutuellement. Cette capacité à fabriquer de la glace donne probablement aux champignons un avantage en matière de survie. Ils utilisent la glace pour pomper l'humidité vers leurs mycéliums (un vaste réseau souterrain de minuscules fils fongiques), se protègent des dégâts irréguliers du gel et font du stop à travers les nuages ​​pour atteindre de nouvelles maisons.

Le braquage évolutif

La nouvelle recherche a également découvert comment les champignons du Mortierellacées La famille a acquis la capacité de créer de la glace. Lorsque les chercheurs ont étudié le code génétique des champignons, ils ont découvert que ces champignons ne développaient pas ce caractère de manière autonome. Il y a des millions d’années, ils ont « emprunté » le code génétique correspondant à des bactéries, par le biais d’un processus appelé transfert horizontal de gènes.

Considérez-le comme un « copier-coller » biologique. Alors que la plupart des animaux n’héritent que de l’ADN de leurs parents, les microbes peuvent échanger des extraits de code génétique avec leurs voisins, leur offrant ainsi une amélioration évolutive instantanée.

Cependant, ces champignons sont beaucoup plus efficaces pour fabriquer de la glace que les bactéries, car ils sécrètent (transpirent – ​​ce qui signifie qu'elles existent en dehors de la cellule fongique) ces protéines, elles peuvent recouvrir l'environnement qui les entoure et rester actives dans le sol après que le champignon ait disparu. Ces protéines sont incroyablement résistantes. Ils peuvent être emportés par les ruisseaux, sécher en poussière et être emportés dans le ciel par le vent.

Pourquoi c'est important

Cette découverte pourrait changer la façon dont les chercheurs perçoivent la conservation. Si nous coupons une forêt à blanc, en supprimant tous les arbres et en laissant la terre nue, nous ne perdons pas seulement des arbres. Nous pourrions briser le moteur biologique qui déclenche les précipitations régionales.

Alors que nous sommes confrontés à un climat changeant avec des sécheresses plus fréquentes, comprendre ces INpros fongiques pourrait être vital. Nous pourrions un jour utiliser ces protéines naturelles et biodégradables pour « ensemencer les nuages » afin de créer de la pluie.

De nombreux pays (comme les Émirats arabes unis, la Chine et certaines parties des États-Unis) disposent déjà de programmes d’ensemencement des nuages ​​pour protéger les cultures du gel. Mais ce type d’ensemencement de nuages ​​repose sur l’iodure d’argent – ​​un métal lourd qui peut persister dans l’environnement.

Les protéines fongiques offrent une alternative naturelle et biodégradable. Ils pourraient également protéger les cultures du gel. En forçant la glace à se former tôt et en douceur, ils libèrent une petite explosion de chaleur qui agit comme une couverture thermique pour la plante.

Nous pourrions les utiliser pour produire de la neige sur les pistes de ski avec moins d'énergie, créer des aliments surgelés au meilleur goût en empêchant les gros cristaux de glace d'endommager les cellules alimentaires, ou même développer des systèmes de refroidissement respectueux de l'environnement qui ne dépendent pas de réfrigérants chimiques agressifs.

La prochaine fois que vous serez pris dans une averse soudaine, respirez profondément. Cette « odeur de pluie » pourrait bien être celle de ces petits organismes qui disent aux nuages ​​qu'il est temps de les lâcher.

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Diana R. Andrade-Linares, boursière postdoctorale en écologie microbienne, Université de Limerick

Photo par Elly M sur Unsplash