Des champignons microscopiques améliorent le stockage du carbone dans les sols dans de nouveaux paysages créés par le rétrécissement des glaciers arctiques

Les glaciers de l’Arctique sont en train de fondre et des organismes microscopiques colonisent les paysages nouvellement exposés. Le Dr James Bradley, maître de conférences en biogéochimie arctique à l’École des sciences biologiques et comportementales de l’Université Queen Mary de Londres, et son équipe ont révélé que les levures jouent un rôle important dans la formation des sols dans l’Arctique après la fonte des glaciers.

Environ 10 % de la surface terrestre est recouverte de glace. Or, en raison du réchauffement climatique, les glaciers reculent de plus en plus vite et de plus en plus loin. Ils révèlent ainsi de nouveaux paysages qui, depuis des milliers d’années, étaient recouverts de glace.

Une fois la glace fondue, des formes de vie microscopiques colonisent le substrat rocheux désormais accessible, accumulant des nutriments et formant de nouveaux sols et écosystèmes. Le sol pouvant constituer un important réservoir de carbone dans les bonnes conditions, la manière exacte dont se forment les nouveaux sols après la fonte des glaciers est une question d’une grande importance scientifique et sociétale.

Pour étudier la formation des sols arctiques, une équipe dirigée par le Dr Bradley s’est rendue au Svalbard, un archipel d’îles situé à mi-chemin entre le pôle Nord et la côte nord de la Norvège, et bien au-delà du cercle arctique. Ici, le climat se réchauffe sept fois plus vite que dans le reste du monde et les glaciers sont en déclin rapide.

Les paysages arides qui y sont exposés offrent très peu de ressources pour soutenir une quelconque forme de vie : le terrain rocheux manque de nutriments, les températures chutent bien en dessous de zéro pendant des mois et, en raison de la haute latitude, il n’y a aucun ensoleillement pendant la nuit polaire hivernale. Les tout premiers colonisateurs pionniers de ce terrain inhospitalier sont des micro-organismes tels que des bactéries et des champignons.

Ces microbes déterminent la quantité de carbone et d’azote pouvant être stockée dans les sols, mais on sait très peu de choses sur les processus exacts à l’origine de cette stabilisation des nutriments par l’activité microbienne. Bradley et son équipe ont étudié ces sols pour mieux comprendre comment les microbes contribuent au processus de formation des sols lorsque les glaciers disparaissent.

Les résultats de l’étude, à laquelle ont participé d’autres chercheurs d’Allemagne, des États-Unis et de Suisse, ont été publiés dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).

Chronologie de la colonisation

Les recherches se concentrent sur l’avant-champ de Midtre Lovénbreen, un glacier de vallée en retrait au nord-ouest du Spitzberg. Le Dr James Bradley, qui a travaillé sur le site pour la première fois en 2013, a déclaré : « Il y a dix ans, je marchais sur la glace et forais des carottes de glace dans le glacier. Lorsque nous sommes revenus en 2021, le glacier avait rétréci et au lieu de glace, il y avait des sols stériles, apparemment sans vie. »

Mais après des analyses en laboratoire de ces sols, les chercheurs ont découvert qu’ils contenaient des communautés incroyablement diverses de microbes, les formes de vie les plus petites et les plus simples sur Terre.

Les zones nouvellement exposées sont idéales pour étudier les changements progressifs du sol, car elles constituent un laboratoire naturel pour observer les différents stades de développement du sol. Le sol le plus proche de la marge du glacier est le plus jeune, tandis que le sol le plus éloigné du glacier en retrait est de plus en plus vieux, là où plus de temps s’est écoulé, permettant à la vie de coloniser le terrain.

« Il s’agit de certains des écosystèmes les plus vierges, les plus délicats et les plus vulnérables de la planète, et ils sont rapidement colonisés par des microbes spécialisés, même s’ils sont soumis à des extrêmes de température, de lumière, d’eau et de disponibilité des nutriments », a déclaré le Dr Bradley.

S’adaptant au soleil de minuit et aux conditions météorologiques souvent changeantes, les scientifiques ont passé des semaines à travailler sur le terrain rocheux et accidenté de l’avant-champ du glacier, entouré de glace crevassée, d’un fjord abritant des baleines de Minke et des phoques, et d’une toundra partagée par des renards arctiques, des rennes et des ours polaires. Les chercheurs sont formés pour reconnaître les comportements des ours polaires et pour manipuler les armes à feu en toute sécurité, en cas de rencontre avec un ours lors de leur travail dans l’environnement reculé de l’Arctique.

Les champignons pionniers séquestrent le carbone dans le sol

L’équipe de Bradley a étudié la composition microbienne des sols par analyse de l’ADN, tout en mesurant le cycle et le flux du carbone et de l’azote. Grâce à des expériences impliquant des acides aminés marqués par des isotopes, ils ont pu suivre avec précision l’assimilation et le métabolisme microbiens du carbone organique.

« Nous étions particulièrement intéressés par la proportion de micro-organismes carbonés emprisonnés dans le sol sous forme de biomasse et par la quantité qu’ils rejettent dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone », explique Juan Carlos Trejos-Espeleta, auteur principal de l’étude de l’Université Ludwig Maximilian de Munich, en Allemagne.

Leurs travaux se sont principalement concentrés sur les champignons, un groupe de micro-organismes dont on sait qu’ils sont souvent mieux adaptés que les bactéries pour stocker une grande quantité de carbone dans le sol et l’y conserver. Le rapport champignons/bactéries est un indicateur important du stockage du carbone : plus il y a de champignons, plus le sol contient de carbone, tandis que plus il y a de bactéries, plus le sol émet de CO₂.

« Dans les écosystèmes de l’Extrême-Arctique, la variété des champignons est particulièrement élevée par rapport à celle des plantes, ce qui augmente la probabilité que les communautés fongiques puissent jouer un rôle clé en tant qu’ingénieurs des écosystèmes », a déclaré l’auteur, le professeur William Orsi, de l’Université Ludwig Maximilian de Munich, en Allemagne.

Il est essentiel d’en savoir plus sur les processus d’assimilation du carbone des populations fongiques et bactériennes et sur les processus de flux de carbone dans l’écosystème pour faire des prévisions précises sur la manière dont les écosystèmes terrestres de l’Arctique réagiront au réchauffement futur.

Les chercheurs ont en effet pu démontrer que les champignons – ou plus précisément certaines levures basidiomycètes – jouent un rôle déterminant dans la stabilisation précoce du carbone assimilé. Selon l’étude, ils sont les pionniers fongiques des jeunes sols postglaciaires et contribuent de manière décisive à l’enrichissement en carbone organique.

« Nous avons découvert que ces champignons spécialisés sont non seulement capables de coloniser les paysages hostiles de l’Arctique avant toute autre forme de vie plus complexe, mais qu’ils fournissent également un point d’appui au sol pour se développer en construisant une base de carbone organique que d’autres formes de vie peuvent utiliser », a déclaré le Dr Bradley.

Dans les sols plus anciens, les bactéries dominent de plus en plus l’assimilation des acides aminés, ce qui entraîne une réduction significative de la formation de biomasse et une augmentation du CO₂ émissions provenant de la respiration.

« Nos résultats démontrent que les champignons joueront un rôle essentiel dans le futur stockage du carbone dans les sols arctiques à mesure que les glaciers rétrécissent davantage et qu’une plus grande partie de la surface de la Terre est recouverte de sol », résume le professeur Orsi.