Les microbes, ces oubliés des changements climatiques
Illustration: Dorian Danielsen
Attention, avertissent des microbiologistes du monde entier, on néglige un élément clé des changements climatiques : les microorganismes! Il serait dans notre intérêt de donner à ces discrètes créatures leur juste visibilité.
On est loin du charisme des bélugas. « C’est difficile de s’inquiéter pour les microorganismes parce qu’on ne les voit pas. Mais on interagit avec eux tous les jours et ils sont cruciaux pour toutes les formes de vie sur la planète », fait valoir Ricardo Cavicchioli, professeur à l’École de biotechnologie et de science biomoléculaire de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, en Australie.
Virus, bactéries, archées, levures, moisissures et même microalgues : si certaines de ces petites créatures peuvent rendre malade, la plupart servent plutôt de proies à la base de la chaîne alimentaire ou bien elles donnent un coup de pouce aux plus grandes espèces. Rappelons par exemple que l’humain ne peut digérer seul plusieurs nutriments essentiels. Il peut heureusement compter sur les microorganismes de son intestin pour le faire. « Les microorganismes sont importants en général, mais aussi en particulier et relativement aux changements climatiques », souligne le professeur Cavicchioli. Effectivement, certaines espèces peuvent participer à la lutte contre le réchauffement des températures en capturant du carbone atmosphérique, ou encore nuire au climat en produisant des gaz à effet de serre. Les changements climatiques peuvent à leur tour affecter les microorganismes en modifiant leurs environnements, ce qui contribue à chambouler les différents écosystèmes qui dépendent de cette « majorité invisible » (à elle seule, la masse totale des quelque 1030 bactéries et archées du globe dépasse la masse totale des formes de vie visibles à l’œil nu !).
En 2019, Ricardo Cavicchioli s’est allié à d’autres chercheurs pour publier un cri du cœur sous la forme d’une déclaration dans la revue Nature afin d’offrir un tour d’horizon des enjeux liés aux microorganismes et au climat. En voici un aperçu.
Au large
Pour chaque tonne de poissons, baleines et autres êtres marins visibles, il existe neuf tonnes de bactéries, de phytoplancton et d’autres minuscules créatures aquatiques. Ils sont le « poumon de la planète » au même titre que les forêts, puisqu’ils produisent la moitié de l’oxygène atmosphérique en séquestrant du dioxyde de carbone (CO2).
Martine Lizotte, professionnelle de recherche à l’Unité mixte internationale Takuvik, qui regroupe l’Université Laval et le Centre national de la recherche scientifique, en France, se penche sur le cas du diméthylsulfure (DMS). Cette molécule, dérivée de gaz produits par certains microorganismes marins, aurait le potentiel de freiner la crise climatique en refroidissant l’atmosphère. C’est que, une fois relâché, le DMS mènerait à la formation des nuages. Or, les nuages contribuent grandement au phénomène d’albédo, c’est-à-dire à la réflexion des rayons du soleil vers l’espace, ce qui réduit la radiation à la base de l’effet de serre. Néanmoins, il vaudrait mieux modérer notre enthousiasme, nuance la chercheuse, car ce ne sont pas tous les types de nuages qui présentent de telles propriétés − au contraire, certains peuvent même renforcer l’effet de serre. Il est également possible que le DMS n’agisse que dans les zones moins polluées de l’atmosphère.
En outre, différents facteurs de stress peuvent affecter les microorganismes marins et donc leur production de DMS. Au banc des accusés notamment : la fonte des glaces ainsi que l’acidification des océans et les autres dérèglements chimiques ou physiques en cours dans les mers. « Les facteurs de stress peuvent se combiner et avoir des effets synergiques [qui s’amplifient] ou antagonistes [qui s’annulent], donc, c’est vraiment difficile de faire des prédictions. Il nous reste encore beaucoup de choses à comprendre », reconnaît Martine Lizotte.
On sait déjà que, en raison des changements climatiques, certaines populations de microorganismes s’adaptent en modifiant leur phénotype, c’est-à-dire que leur apparence et leurs activités − dont potentiellement la production d’oxygène − sont altérées. Ces déséquilibres pourraient nuire à des écosystèmes entiers. Pire : des chercheurs ont observé que certaines de ces transformations étaient irréversibles, même en rétablissant les conditions initiales. « C’est vraiment inattendu… Et ça veut dire qu’on joue avec une composante majeure de notre santé tout en risquant d’affamer l’océan. Ça fait peur ! » insiste le professeur Cavicchioli.
« C’est difficile de s’inquiéter pour les microorganismes parce qu’on ne les voit pas. Mais on interagit avec eux tous les jours et ils sont cruciaux pour toutes les formes de vie sur la planète. »
Ricardo Cavicchioli, microbiologiste
Sur la terre ferme
Les nouvelles ne sont guère plus rassurantes du côté du pergélisol, ces terres gelées en permanence qui, justement, fondent à un rythme inquiétant. En temps normal, ces territoires agissent comme des puits de carbone en captant du CO2 qui s’ajoute alors aux restes des matières organiques qui y sont stockés depuis des milliers d’années. Par contre, si ce sol dégèle trop, une nouvelle activité microbienne s’enclenche et décompose les énormes réserves de carbone pour produire certains gaz, incluant le méthane, qui a un potentiel d’effet de serre 30 fois plus puissant que le CO2. Si la température se réchauffe de 1,5 à 2 °C par rapport à la température moyenne de 1850 à 1900, le pergélisol sera réduit de 28 à 53 %, selon les prédictions, ce qui aggravera substantiellement le réchauffement planétaire qui, à son tour, accélérera la fonte du pergélisol. Un cercle vicieux, bref.
Quant aux microorganismes terrestres en dehors du pergélisol, leur poids dans la balance climatique est encore difficile à évaluer, explique Isabelle Laforest-Lapointe, professeure au Département de biologie de l’Université de Sherbrooke et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en écologie microbienne appliquée. « Ce qu’on sait, c’est que l’augmentation des températures va changer la distribution des microorganismes, qui modifieront la réponse des espèces visibles aux changements climatiques. Mais il est impossible de prédire le résultat pour la planète parce que les changements climatiques et les actions humaines créent tellement de modifications et de cascades d’effets sur plusieurs plans ! »
À plus petite échelle, cependant, les observations permettent, par exemple, d’en apprendre plus sur la façon dont les microorganismes terrestres influencent la vigueur des végétaux et donc indirectement la séquestration du carbone. En effet, poursuit la chercheuse, quand les plantes ne sont pas stressées, elles subissent moins de pressions pour interagir avec le microbiome environnant, c’est-à-dire les microorganismes naturellement présents et intégrés dans les écosystèmes. Par contre, lorsque les végétaux sont affectés par la température ou limités dans leur accès aux nutriments ou à l’eau, ils s’associent avec certains microorganismes, ce qui leur est réciproquement bénéfique. C’est le cas de certaines familles de plantes, notamment les légumineuses, dont les racines peuvent former de petites bosses, appelées « nodules », spécialement dans le but d’héberger des microorganismes. Ceux-ci produisent alors de l’azote, un nutriment essentiel à la croissance de la plante.
Dans nos champs
Si les végétaux des contrées sauvages savent profiter de leurs microscopiques alliés, il en irait autrement des plantes des territoires agricoles, qui représentent près de 40 % de l’environnement terrestre.
« Les dynamiques sont différentes en agriculture : on agit sur le sol pour que ça marche comme on veut », note Thiago Gumiere, professeur à la Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation de l’Université Laval. L’ajout de produits tels que les engrais et pesticides ainsi que le travail physique de la terre confrontent les microorganismes à des conditions toujours changeantes, en plus de défavoriser leur relation avec les plantes, puisque ces dernières ont tout ce dont elles ont besoin La symbiose pourrait toutefois regagner une place de choix dans les champs en réponse aux stress imposés par les changements climatiques, estime le professeur Gumiere. « Nous ne profitons pas assez des microorganismes et de leur potentiel en agriculture. Les interactions entre les plantes et les microorganismes sont indispensables parce qu’on ne peut pas répondre à tout ! »
Rappelons cependant que l’agriculture est responsable de 10 à 12 % des émissions de gaz à effet de serre liées à l’action humaine. La production de méthane, par exemple, provient largement des microorganismes contenus dans les rizières et dans le système digestif du bétail. Bref, le secteur agricole n’aura d’autre choix que de se concentrer sur sa faune microscopique − autant les alliés que les saboteurs − s’il souhaite redresser un tant soit peu son bilan environnemental.
Du côté des vilains
Les changements climatiques modifient la dispersion des microorganismes pathogènes ainsi que les risques d’infection, comme l’illustre le cas de la maladie de Lyme, qui est causée par une bactérie transmise par les piqûres de tiques à pattes noires. Auparavant, les rongeurs porteurs de la maladie vivaient surtout aux États-Unis, mais avec le réchauffement des températures, ils ont migré vers le nord. Ont alors suivi les populations de tiques, qui se nourrissent du sang de ces rongeurs, puis qui peuvent piquer les humains. En outre, la saison froide de plus en plus courte favorise la survie des tiques et allonge leur période active. Résultat : on observe une croissance marquée de cas de maladie de Lyme signalés au Canada depuis plus d’une décennie. D’autres maladies gagneront du terrain au fur et à mesure que le climat se réchauffe, comme la fièvre Zika ou la dengue, qui sont transmises par les moustiques dans plusieurs régions chaudes.
Autre enjeu préoccupant : la résistance aux antibiotiques, soit la capacité de bactéries pathogènes à développer certains mécanismes de protection contre les médicaments, une menace sanitaire dans la ligne de mire de l’Organisation mondiale de la santé depuis plusieurs années. Ce problème serait aggravé par les changements climatiques, notamment en raison de la dégradation des conditions environnementales du bétail : « Comme nous, les populations animales deviennent plus susceptibles d’être malades quand elles sont stressées. Après, elles deviennent de meilleurs excréteurs de ces agents pathogènes », mentionne Cécile Aenishaenslin, professeure à la Faculté de médecine vétérinaire de l’Université de Montréal. Pour soigner ces animaux, il faudrait donc possiblement utiliser davantage d’antibiotiques, ce qui accroîtrait le problème de la résistance.
À tout cela s’ajoutent les autres actions humaines, comme la déforestation et l’élevage intensif, qui multiplient nos contacts avec les animaux et augmentent ainsi le risque de transmission d’agents pathogènes des animaux à l’humain. La pandémie de COVID-19 en est un rappel brutal, puisqu’un animal en serait la source, tout comme dans le cas de l’épidémie de syndrome respiratoire aigu sévère au début des années 2000. « C’est très complexe de mettre le doigt sur le facteur qui crée l’émergence de maladies… Ce ne sont pas seulement les changements climatiques, on détruit la nature de bien d’autres façons, malheureusement ! » déplore la professeure Aenishaenslin.
« C’est très complexe de mettre le doigt sur le facteur qui crée l’émergence de maladies… Ce ne sont pas seulement les changements climatiques, on détruit la nature de bien d’autres façons, malheureusement ! »
Cécile Aenishaenslin, professeure de médecine vétérinaire à l’Université de Montréal
Après l’alerte, l’action
On court un risque énorme en ne considérant pas les microorganismes dans le réchauffement planétaire, soutient Ricardo Cavicchioli. « Les systèmes sont complexes et, comme pour la météo, il est difficile de faire des prédictions, mais c’est important de réaliser qu’on a de bonnes raisons de s’inquiéter. »
Pourtant, ajoute-t-il, les façons d’intégrer la majorité invisible aux discussions sur les changements climatiques sont à portée de main : mentionner explicitement les microorganismes dans les projets de recherche ; favoriser la recherche interdisciplinaire afin de stimuler les échanges entre microbiologistes et les chercheurs d’autres domaines ; sensibiliser le grand public au rôle essentiel des microorganismes autant à l’échelle globale que sur le plan local… Et bien entendu, convaincre les instances politiques de l’importance de la cause − une approche à l’égard de laquelle on aurait tort d’être cynique, estime le professeur. « La réaction mondiale à la COVID-19 montre que les choses peuvent changer radicalement, rapidement. La crise des changements climatiques n’est pas insurmontable ; nous avons la capacité technologique de faire une transition ! » assure-t-il.
Avec des alliés de toutes tailles. 
Illustration en ouverture: Dorian Danielsen
