Température minimale pour la prolifération de la vie ?

[invite9371a159]

Bonsoir,

Il y a une info que j'ai reçue mais sans en mesurer les nuances possibles à cause de son apparente simplicité, c'est la température de -24°environ si je me souviens bien qui est censée être un minimum en biologie ou microbiologie, la question est de savoir le minimum pour quoi exactement ? La cellule ou bactérie meurt-elle en dessous de cette température ? Ca m'étonnerait assez. Est-ce qu'elle cryogénisée et "reprend vie" lorsque la température revient au dessus de cette barre ? Est-ce la limite pour la vie d'être active ? Pour les processus vivants (métaboliques?) de se dérouler ?

Merci de bien vouloir éclairer ma lanterne
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[Geb]

Bonjour,

Pour une raison que j'ignore, les seules publications que j'ai pu trouver qui citent effectivement la limite de -24°C ont été écrites ou co-écrites par Richard B. Hoover entre 1999 et 2003.

- Astrobiological significance of microorganisms in permafrost and ice (Hoover, 1999),
- Significance to astrobiology of micro-organisms in permafrost and ice (Hoover & Gilichinsky, 2001),
- Astrobiology: traces of life in the cosmos (Hoover & Rozanov, 2002),
- Anaerobic psychrophiles from Alaska, Antarctica, and Patagonia: implications to possible life on Mars and Europa (Hoover et al., 2002),
- Psychrophiles and astrobiology: microbial life of frozen worlds (Pikuta & Hoover, 2003).

Malheureusement, il ne cite pas le papier correspondant à la découverte d'un micro-organisme capable de croître à cette température de -24 °C. Dans toutes ces publications ci-dessus, on a juste un copier-coller de la phrase :

Halophiles (Archaea and bacteria) have been found living at temperatures as low as –24 °C in the high salinity Don Juan Pond of Antarctica.

Richard Hoover est un copain de Chandra Wickramasinghe et un adepte de la théorie de la panspermie, dont certaines publications à ce sujet ont été largement critiquées par la communauté scientifique. En général, on prend ses propos avec des pincettes.

Quoi qu'il en soit, pour un micro-organisme psychrophile une température supérieure à +20°C se révèle létale à plus ou moins long terme. Une autre définition commune est qu'il s'agit d'un micro-organisme dont la température optimale de croissance à pression atmosphérique normale est inférieure ou égale à +10°C.

Je soupçonne que les -24 °C de Richard Hoover ne traduisent pas une température minimale de croissance, mais plutôt une température minimale à laquelle on n'a pu observer une activité métabolique ou enzymatique (ce qui est très différent). La température minimale de croissance est généralement définie, comme son nom l'indique, comme la température minimale à laquelle l'organisme peut encore se reproduire.

De toute façon, sans citation, impossible de confirmer...

Et même si ce qu'écrit Richard Hoover était vrai, l'eau du Don Juan, un petit lac peu profond, est quasiment saturée en CaCl₂, à tel point que l'eau du lac n'y gèle pratiquement pas, même à -50°C :

A theoretical evaluation of mineral stability in Don Juan Pond, Wright Valley, Victoria Land (Marion, 1997)

Since its discovery in the Wright Valley of Antarctica in 1961 (Meyer et al. 1962), Don Juan Pond (DJP) has received much attention because of its unique properties. DJP is the most saline of the Antarctic lakes, being a near-saturated CaCl₂, solution, generally remains unfrozen in the winter even at temperatures as low as -51°C, and is one of the few natural occurrences of the mineral antarcticite (CaCl₂∙6H₂O) (Tedrow et al. 1963, Torii & Ossaka 1965, Mudrey et al. 1973, Torii et al. 1977, Harris et al. 1979, Wilson 1979, Harris & Cartwright 1981, Toni et al. 1981, Torii & Yamagata 1981, Nakaya et al. 1984, Matsumoto et al. 1992, Matsumoto, 1993).

On peut donc raisonnablement penser que de l'eau toujours à l'état liquide à -24°C ait un rapport avec le fait que certains micro-organismes halophiles y vivent (si et seulement si la limite à -24°C traduisait bien une température minimale de croissance, ce dont je doute fortement).

Cordialement.

[Amanuensis]

Si on part de l'hypothèse que le vivant-tel-qu'on-le-connaît (= "le vivant" par la suite) doit pouvoir échanger de l'eau liquide avec son environnement, alors la température minimale sera en relation avec celle de l'eau de l'environnement.

Le min de température de l'eau pure liquide est 0°C (à peu près), donc de l'eau liquide à une température inférieure doit être chargée d'un "antigel". Du coup, l'effet de la température va être difficile à distinguer de l'effet de l'antigel, effet qui peut être chimique ou osmotique par exemple. J'imagine que quasi-saturation en CaCl2 doit poser un problème difficile sur les plans chimiques et osmotiques, peut-être bien plus que la température.

Bref, la question est s'il y a des expériences de vie à basse température avec un soluté "chimiquement et osmotiquement neutre" et qui abaisserait significativement la température de fusion de l'eau? Déjà, un tel produit existe-t-il?

[Geb]

Le problème, c'est qu'il y a des facteurs biotiques qui peuvent expliquer la résistance de ces micro-organismes aux basses températures (on pense par exemple à l'équipement enzymatique), tout comme, parfois, des facteurs abiotiques (Melnikov et al., 2011). La présence d'une forte concentration en CaCl₂ est, pour reprendre le cas controversé cité plus haut, un facteur abiotique.

Par exemple, beaucoup des bactéries qui vivent dans l'eau de mer au niveau des pôles ne se reproduisent pas en dessous de -1,7 °C ou -1,8 °C (je pense notamment à Desulfotalea psychrophila, mais il y en a beaucoup d'autres), qui se trouve être la température à laquelle l'eau de mer gèle à ces latitudes. On pourrait raisonnablement attribuer cette limite particulière de -1,8 °C à la formation a priori délétère de cristaux de glace.

C'est pourquoi, pour décerner le titre d'organisme le plus psychrophile connu (on dit parfois cryophile), les microbiologistes préfèrent généralement partir de la limite haute, en décernant ce titre à ces quelques organismes connus qui ne sont déjà plus capables de se reproduire à une température inférieure à +10°C.

Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Geb]

Pour une simple activité métabolique, le record serait, à ma connaissance, de -39°C dans un échantillon de sol de la toundra d'Alaska.

- Microbial activity in soils frozen to below −39 °C (Panikov et al., 2006)

Cordialement.

[invite7bce68c0]

La cryptobiose : permet à des micro être vivant de tenir dans des conditions extrême et de "revenir" à la vie, même si en fait leur activité est baissée à un extrême minimum qui est quasi indétectable par nos technologies : exemple la bactérie déscend à aux alentour de 20 % de son activité vitale.
Autre exemple : des crapeaux gèlent et reviennent à la vie.
Certaines sont spores sont ultra résistante au froid aussi.

[invite9371a159]

Ah ok apparemment je n'avais pas idée de la compléxité de ma réflexion

De plus j'ai l'impression que malgré que vous soyez des biologistes (a priori), vous maitrisez mieux que moi les concepts physiques et chimiques

Bon pour revenir au sujet je crois qu'il faut d'abord clarifier quelque chose, est ce qu'on parle de la température du milieu ou de la température de la cellule ou organisme unicellulaire lui-même ? Car je ne suis pas sûr de laquelle chacun parle ...

[invite9371a159]

La cryptobiose : permet à des micro être vivant de tenir dans des conditions extrême et de "revenir" à la vie, même si en fait leur activité est baissée à un extrême minimum qui est quasi indétectable par nos technologies : exemple la bactérie déscend à aux alentour de 20 % de son activité vitale.
Autre exemple : des crapeaux gèlent et reviennent à la vie.
Certaines sont spores sont ultra résistante au froid aussi.

Ok mais à quelle température ??

[invite9371a159]

Le problème, c'est qu'il y a des facteurs biotiques qui peuvent expliquer la résistance de ces micro-organismes aux basses températures (on pense par exemple à l'équipement enzymatique), tout comme, parfois, des facteurs abiotiques (Melnikov et al., 2011). La présence d'une forte concentration en CaCl₂ est, pour reprendre le cas controversé cité plus haut, un facteur abiotique.

Par exemple, beaucoup des bactéries qui vivent dans l'eau de mer au niveau des pôles ne se reproduisent pas en dessous de -1,7 °C ou -1,8 °C (je pense notamment à Desulfotalea psychrophila, mais il y en a beaucoup d'autres), qui se trouve être la température à laquelle l'eau de mer gèle à ces latitudes. On pourrait raisonnablement attribuer cette limite particulière de -1,8 °C à la formation a priori délétère de cristaux de glace.

C'est pourquoi, pour décerner le titre d'organisme le plus psychrophile connu (on dit parfois cryophile), les microbiologistes préfèrent généralement partir de la limite haute, en décernant ce titre à ces quelques organismes connus qui ne sont déjà plus capables de se reproduire à une température inférieure à +10°C.

Cordialement.

Excusez moi mais si je m'appuie sur la définition du "facteur biotique" que j'ai sous la main il s'agit des interactions entre différents individus, et auquel cas je devrais être obligé de vous demander ce que ca a à voir là-dedans et ce que ca a à voir avec les enzymes

[Geb]

Bonjour,

Ah ok apparemment je n'avais pas idée de la compléxité de ma réflexion

Disons qu'il y a plusieurs façons de voir les choses :

Si la question est jusqu'à quelle température un micro-organisme peut-il survivre temporairement ? Dans ce cas, on va chercher dans les -250°C, voire moins (encore faut-il définir "temporairement").

Si la question est jusqu'à quelle température un micro-organisme peut-il maintenir une activité métabolique ? La réponse est plutôt de l'ordre de -40°C à ma connaissance.

Si la question est jusqu'à quelle température un micro-organisme peut-il se reproduire ? Là, on va chercher dans les -10°C ou -15°C (peut-être -24°C à croire ce qu'en dit Hoover, mais j'ai des doutes).

Je pense que la question qui a motivé le lancement de cette discussion est plutôt la dernière. En outre, c'est aussi la dernière question qui est la plus intéressante à mes yeux, puisqu'un organisme qui survit dans un environnement si froid qu'il n'est plus capable de se reproduire perd une caractéristique essentielle de la vie. Ce n'est que mon point de vue.

Bon pour revenir au sujet je crois qu'il faut d'abord clarifier quelque chose, est ce qu'on parle de la température du milieu ou de la température de la cellule ou organisme unicellulaire lui-même ?

De la température du milieu.

Ok mais à quelle température ??

Très basses a priori. Voir par exemple les (vieux) travaux du botaniste anglais William Thiselton-Dyer (1843-1928) :

On the Influence of the Temperature of Liquid Hydrogen on the Germinative Power of Seeds (Thiselton-Dyer, 1899)

En gros, le type, il avait essayé le truc le plus froid qu'il pouvait trouver, puisque l'hydrogène venait à peine d'être liquéfiée pour la première fois l'année précédente, en 1898, par le savant écossais James Dewar (1842-1923).

Excusez moi mais si je m'appuie sur la définition du "facteur biotique" que j'ai sous la main il s'agit des interactions entre différents individus, et auquel cas je devrais être obligé de vous demander ce que ca a à voir là-dedans et ce que ca a à voir avec les enzymes

Nous ne parlons manifestement pas de la même chose. Lorsque j'évoquais des facteurs biotiques et abiotiques, c'était dans le contexte tel qu'évoqué par Melnikov et al. (2011) :

The biotic factors are, for instance, special forms of cysts or spores bacteria can develop to adapt to harsh conditions, or special compounds (sugars and proteins) they can secret to survive in frozen sediment and in ice sheets.

Cordialement.

[invite9371a159]

De la température du milieu.

On aurait dû commencer par là.

Donc jusqu'à là on parlait de la température du milieu, et ca donne quoi pour la température de la cellule ? L'info dont je parlais au départ traitait peut-être de ça ...
Est ce qu'on peut mesurer la température d'une cellule déjà ? Et est ce qu'une cellule qu'elle soit bactérie protiste ou autre peut se maintenir à une température supérieure à celle de son milieu malgré sa taille infime ?

[Geb]

Donc jusqu'à là on parlait de la température du milieu, et ca donne quoi pour la température de la cellule ? L'info dont je parlais au départ traitait peut-être de ça...

Très peu probable que la valeur de -24°C que tu citais au début concerne la température interne d'un organisme unicellulaire. Les techniques généralement utilisées sont soit des mesures in situ (autrement dit, en mettant un thermomètre au plus près de la où on trouve les microorganismes dans le milieu naturel, soit des mesures contrôlées en laboratoire, en ramenant un échantillon de sol, de vase, de cheminée hydrothermale et en regardant à quelle température minimale (ou maximale) les cellules qui s'y trouvent commencent à mourir.

Les mesures in situ sont en général beaucoup moins précises, à tel point qu'une fois qu'on effectue des mesures en laboratoire, ça peut mener à des résultats spectaculaires. Le cas le plus flagrant qui me vient à l'esprit est celui du ver de Pompéi (Alvinella pompejana).

En effet, en 1998, certains biologistes qui avaient fait des mesures in situ à proximité de sources hydrothermales sous-marines où ces animaux vivent étaient convaincus qu'ils pouvaient résister à des températures de 80°C (Cary et al., 1998).

Une équipe a ensuite conçu un dispositif pour ramener ces animaux à la surface dans des chambres hyperbares mobiles (donc sans les tuer, parce que ce sont des organismes barophiles strictes) ce qui a permis de mesurer la résistance à la température de façon contrôlée, en aquarium, et de revoir franchement à la baisse les estimations précédentes effectuées in situ.

Thermal Limit for Metazoan Life in Question: In Vivo Heat Tolerance of the Pompeii Worm (Ravaux et al., 2013)

Une conférence de la biologiste Juliette Ravaux (21 mars 2013) à ce sujet :

À la découverte des fonds abyssaux (55 minutes)

Est ce qu'on peut mesurer la température d'une cellule déjà ?

Oui, par des méthodes plus ou moins fiables de nanothermométrie, plus ou moins invasives. Un petit résumé relativement récent de certaines des techniques utilisées peut-être trouvé ici :

Intracellular Thermal Sensor for Single Cell Analysis - Short review (Binslem et al., 2015)

Et est ce qu'une cellule qu'elle soit bactérie protiste ou autre peut se maintenir à une température supérieure à celle de son milieu malgré sa taille infime ?

Oui. Il me semble que la température d'une cellule eucaryote a pu varier de ~1°C en jouant avec ses mitochondries. Voir par exemple les travaux de Kohki Okabe au Japon :

Imaging and manipulation of temperature in living single cells

À noter qu'il ne s'agit là que d'un simple compte-rendu de laboratoire.

Cordialement.

[invite7bce68c0]

Ok mais à quelle température ??

Je ne sais pas.
Le tardigrade peut résister à -272 degrés apparemment ....

[invite9371a159]

Ok super. Merci bcp pour votre aide chaleureuse

Sujet résolu.

[Geb]

Le tardigrade peut résister à -272 degrés apparemment ....

Les seuls organismes qui peuvent survivre à des expositions temporaires à une température proche du zéro absolu sont ceux qui peuvent survivre à une dessiccation extrême préalable à tout refroidissement à ladite température. Parce que c'est sous cette forme extrêmement déshydratée que de tels organismes survivent à des températures aussi basses. Si les tardigrades ou les rotifères, ou les lichens ou que sais-je encore ne sont pas déshydratés au préalable avant leur refroidissement à la température de l'air liquide, de l'hydrogène liquide ou à une température proche du zéro absolu, ils meurent pour la plupart, si pas tous.

Le biologiste français Paul Becquerel (1879-1955), le neveu du célèbre physicien français Henri Becquerel (1852-1908), a beaucoup étudié ces questions (Becquerel, 1932a ; 1932b ; 1936 ; 1948 ; 1950 ; 1951).

Cordialement.

[invite9371a159]

Les seuls organismes qui peuvent survivre à des expositions temporaires à une température proche du zéro absolu sont ceux qui peuvent survivre à une dessiccation extrême préalable à tout refroidissement à ladite température. Parce que c'est sous cette forme extrêmement déshydratée que de tels organismes survivent à des températures aussi basses. Si les tardigrades ou les rotifères, ou les lichens ou que sais-je encore ne sont pas déshydratés au préalable avant leur refroidissement à la température de l'air liquide, de l'hydrogène liquide ou à une température proche du zéro absolu, ils meurent pour la plupart, si pas tous.

Le biologiste français Paul Becquerel (1879-1955), le neveu du célèbre physicien français Henri Becquerel (1852-1908), a beaucoup étudié ces questions (Becquerel, 1932a ; 1932b ; 1936 ; 1948 ; 1950 ; 1951).

Cordialement.

Ca a tout l'air d'être une conséquence physique, c'est dû à l'augmlentation du volume d'eau lors de sa solidification ? Pourant l(eau gêle à 0 degré, mais peut-être c'est en changeant la composition de l'eau dans leur corps ?


Hum. Sujet réouvert du coup ?