Contexte : Une nouvelle vision de la Terre
Au cœur de Volcanoes of the Deep Sea se trouvent les cheminées hydrothermales, des communautés de vie qui prospèrent dans l’environnement le plus extrême de la planète. L’étude scientifique des cheminées des grands fonds a permis de faire des découvertes stupéfiantes, d’ouvrir de nouvelles voies pour la science et de commencer à transformer notre compréhension de la vie sur cette planète et sur d’autres. oici quelques-unes de ces découvertes : Des communautés denses de créatures alimentées non pas par la lumière du soleil, mais par la chaleur et la chimie de la Terre, des microbes qui prospèrent dans une eau suffisamment chaude pour faire bouillir un homard, des clés de l’origine et de l’évolution de la vie sur Terre, des organismes qui ont survécu pratiquement inchangés pendant des dizaines de millions d’années d’une histoire planétaire turbulente. L’expérience sur écran géant des Volcanoes of the Deep Sea est une introduction immersive à ce monde fantastique de découvertes. Le film offre les premières vues largement éclairées des habitats des cheminées jamais vues par le public. (Même les scientifiques à la pointe de la recherche sur les cheminées voient cet environnement comme ils ne l’ont jamais vu auparavant). Le film retrace également une véritable enquête scientifique, en suivant des scientifiques qui tentent de percer le mystère du paléodictyon, un lien moderne avec les anciens océans de la Terre.
Les jardins empoisonnés. Les cheminées semblent être un endroit peu propice à la recherche de la vie. Richard Lutz, biologiste à l’université Rutgers, est directeur scientifique du projet Volcanoes of the Deep Sea et membre de la toute première expédition biologique sur le site d’une cheminée. Il explique que les environnements des cheminées sont toxiques pour plus de 99 % des organismes vivant dans l’océan. “Mais dans ces “jardins empoisonnés”, comme les appelle le cinéaste Low, vivent certaines des créatures les plus extraordinaires de la planète. Si la vie peut s’épanouir ici, alors elle peut peut-être exister presque partout. L’eau des cheminées, chauffée par le magma situé sous la croûte terrestre, est fortement peuplée de microbes. Ceux-ci forment la base d’une chaîne alimentaire unique, alimentée par la chaleur et la chimie internes de la Terre plutôt que par la lumière du soleil. La découverte d’éblouissantes communautés de créatures vivant dans un écosystème qui ne dépend pas de la lumière du soleil a bouleversé les hypothèses fondamentales sur les origines de la vie. Certains éléments suggèrent même que la vie sur Terre pourrait avoir pris naissance dans les cheminées.
Un monde à part. Les cheminées ont ouvert une fenêtre sur l’intérieur de la Terre et donné un aperçu de la nature dynamique de la planète. Les communautés qui prospèrent dans les habitats extrêmes des cheminées sont considérées comme un modèle possible d’émergence et de développement de la vie sur d’autres mondes. Les planètes et les lunes que l’on croyait stériles sont aujourd’hui susceptibles d’abriter la vie. Certains scientifiques pensent que des cheminées pourraient bien exister dans des endroits éloignés comme Europe, une lune de Jupiter dont la surface recouverte de glace pourrait cacher une profonde mer d’eau salée. “On nous a appris que toute la vie sur Terre n’était qu’une peau très, très fine. Et soudain, nous disons que ce n’est pas le seul endroit où il y a de la vie”, note le réalisateur Stephen Low. “Ces créatures n’ont pas besoin de la lumière du soleil. Personne ne sait combien de vie il y a là-dessous. Et c’est ce qui est si splendide dans ce film : en pénétrant dans ces fissures, nous abordons ces questions”.
Volcanoes of the Deep Sea se concentre sur une plongée particulière, un plongeon vers une crête volcanique située à plus de trois kilomètres de profondeur au milieu de l’Atlantique. Le site est appelé TAG (abréviation de “Trans-Atlantic Geotraverse”), un paysage explosif de cheminées tordues et de colonnes de fumée noire. Ici, des millions de crevettes minuscules se disputent la place près des émissions riches en soufre qui s’échappent de cheminées dont la forme est digne d’un conte du Dr Seuss. À TAG, Volcanoes of the Deep Sea plonge dans le mystère de la survie de la vie dans les environnements toxiques et volcaniques et engage le public dans la recherche de l’une des espèces les plus anciennes et les plus insaisissables de la planète.
Pour percer le mystère des cheminées, le film transporte le public dans différents lieux, notamment à 9° Nord, un site de cheminées du Pacifique où des vers tubicoles géants, des créatures blanches de 1,8 mètre de haut aux extrémités rouge sang, se dressent en gracieuses grappes denses. Des crabes blancs comme de la porcelaine se frayent un chemin autour et au-dessus d’eux, tandis que des poissons zoarcides, semblables à des anguilles, planent et chassent. Ces sites ne ressemblent à aucun autre endroit sur Terre. La dorsale médio-océanique. Les premières cheminées hydrothermales ont été découvertes le long de la dorsale des Galápagos en 1977. Depuis, on en a trouvé dans les océans Atlantique, Indien et Arctique. Les sites de cheminées présentés dans le film ont un lien vital : ils sont tous situés sur la dorsale médio-océanique, une fissure montagneuse et volcanique dans la croûte terrestre qui serpente à travers les profondeurs des océans du monde. Avec une longueur d’environ 64 400 km, cette formation qui encercle le globe est la plus longue chaîne de montagnes du monde.
Le paléodictyon, ancien mystère des profondeurs. Volcanoes of the Deep Sea emmène le public sur la côte espagnole où un fossile hexagonal unique est récupéré sur les falaises accidentées par l’éminent géologue et paléontologue allemand, le Dr Dolf Seilacher. Comme le révèle le film, ce fossile est la clé d’un étrange mystère qui se trouve à des milliers de kilomètres de là, à des kilomètres sous la surface de la mer. C’est au milieu de l’Atlantique, en 1976, que le Dr Peter Rona, géologue marin de l’université Rutgers, a observé pour la première fois d’étranges motifs géométriques sur le fond de l’océan. La découverte a été faite à l’aide d’une caméra télécommandée qui balayait les sédiments à quelque 3 700 mètres sous la surface. Chaque empreinte hexagonale de la taille d’une puce de poker était parsemée de plusieurs centaines de trous minuscules disposés symétriquement, ce qui lui donnait l’aspect d’un damier chinois d’un autre monde. Les trous, fraîchement creusés dans les sédiments, semblent être l’œuvre d’une minuscule créature. La découverte de Rona a rapidement attiré l’attention de Seilacher. Rona se souvient d’un Seilacher enthousiaste lui disant que la découverte sur le fond de l’océan était “virtuellement identique à la forme fossile du Paléodictyon qu’il avait décrit avoir vu dans des sédiments anciens”. Piégés dans des couches de sédiments marins anciens, les fossiles ont été poussés sur une partie de la côte espagnole pendant des millions d’années. Les fossiles conservent, dans les moindres détails, la configuration hexagonale des tunnels qui sous-tendent les trous repérés pour la première fois par Peter Rona sur le fond de l’Atlantique.
Le lien avec la découverte de Rona a été une révélation : les minuscules bâtisseurs océaniques de ce motif hexagonal avaient survécu à des extinctions massives et à la marche de l’évolution en conservant un comportement essentiellement inchangé pendant des dizaines de millions d’années. Lors d’une plongée au TAG, pendant la production du film, l’équipe a pu jeter un nouveau coup d’œil sur le mystérieux motif qu’il avait découvert. Le drame est capturé dans le film. À plus de 12 000 pieds sous la surface, le pilote de l’Alvin fait passer le sous-marin avec précaution entre des tours inquiétantes qui s’élèvent du fond de l’océan et des cheminées noires qui crachent des fluides chargés de minéraux surchauffés à des centaines de degrés. Un peu plus loin, Rona regarde par l’un des hublots d’Alvin et aperçoit le mystérieux motif. C’est le seul endroit de la planète où vit la créature qui l’a créé. Décrivant la vue plus tard, Rona dit : “Il y a eu une sédimentation comme une chute de neige, mais l’empreinte de cet “animal” reste nette et précise. C’est comme si elle avait été gravée dans le plancher océanique à l’aide d’un emporte-pièce”. Ces étranges formations sont-elles dues à la même créature qui a formé les fossiles de Seilacher il y a des millions d’années ? Les images tournées lors de la production de Volcanoes of the Deep Sea ont permis de confirmer ce lien, mais le constructeur de ces étranges formes hexagonales reste un mystère. Rona déclare : “Volcanoes of the Deep Sea nous donne un grand coup de pouce pour résoudre le mystère du Paléodictyon en éclairant et en filmant les images de la plus haute résolution possible de la forme en place sur le fond marin, en confirmant son identité avec la forme fossile et en fournissant de nouveaux indices cruciaux quant à son origine”.
Notions de base sur les cheminées hydrothermales
Que sont les cheminées hydrothermales ? Les cheminées hydrothermales sont la clé de certains des écosystèmes les plus extrêmes et les plus passionnants de la planète. La croûte terrestre, une fine couche de roche flottant sur des roches sous-jacentes plus tendres, est en perpétuel mouvement. Des plaques massives se déplacent, glissent l’une sous l’autre et s’écartent l’une de l’autre. Le taux d’activité volcanique le plus élevé au monde se situe le long de la dorsale médio-océanique, une chaîne de montagnes sous-marines qui fait le tour du globe comme une énorme fermeture éclair. À cet endroit, le plancher océanique s’étend à mesure que la lave émerge des profondeurs et se refroidit, créant une nouvelle croûte. À ces endroits, le magma, la roche fondue, se trouve près du plancher océanique. L’eau de mer s’infiltre par les fissures du plancher océanique et elle est surchauffée au contact des roches chaudes et du magma. Cette eau super chaude est ensuite éjectée dans l’océan et s’évacue par une ouverture dans la croûte : une cheminée hydrothermale.
Quand les cheminées ont-elles été découvertes et où sont-elles situées ? Les premières cheminées ont été découvertes en 1977, dans le rift des Galápagos, près des îles Galápagos, dans le Pacifique. Une équipe de géologues est descendue à une profondeur de 2 515 mètres à bord du submersible Alvin (le même que celui utilisé par l’équipe de Volcanoes of the Deep Sea). Ils y ont trouvé une eau beaucoup plus chaude qu’ils ne s’y attendaient, ainsi qu’un éventail étonnant de formes de vie. Une fois les formes de vie abondantes découvertes dans les cheminées, les biologistes ont organisé une expédition pour les étudier. L’un des membres de cette équipe était le Dr Richard Lutz de l’université Rutgers, scientifique en chef du projet “Volcanoes of the Deep Sea“. En 1985, le Dr Peter Rona, directeur scientifique associé du film, a mené une exploration dans l’Atlantique qui a permis de découvrir les premiers fumeurs noirs et de nouvelles formes de vie associées en dehors du Pacifique. Jusqu’alors, on pensait que de telles sources chaudes ne pouvaient se trouver que dans l’océan Pacifique, plus actif sur le plan volcanique. Depuis, des dizaines de cheminées ont été découvertes le long de la dorsale médio-océanique dans l’Atlantique et le Pacifique. On pense aujourd’hui qu’il en existe dans tous les océans du monde.
Existe-t-il plusieurs types de cheminées? Oui, il y en a. Les fumeurs noirs sont peut-être les plus impressionnants. Ces cheminées sous-marines crachent d’énormes panaches noirs. Bien que nous les appelions fumeurs, les nuages noirs qui s’en échappent ne sont en fait pas constitués de fumée. Il s’agit plutôt de minéraux dissous qui se précipitent au contact de l’eau presque glaciale de l’océan. Un autre type de cheminées a été découvert pour la première fois en 1991, lors d’une plongée sur l’East Pacific Rise. Des chercheurs (dont Richard Lutz) sont tombés sur des fissures dans le plancher océanique qui projetaient des blizzards blancs de 160 pieds (49 mètres) de matière microbienne. L’équipe a baptisé ces sites étonnants “souffleuses de neige”. Ils sont une indication de la quantité stupéfiante de vie microbienne soutenue par la chaleur de la croûte terrestre.
Une caractéristique extraordinaire des cheminées est la vitesse à laquelle les processus géologiques se produisent. Richard Lutz, biologiste et directeur scientifique de Volcanoes of the Deep Sea, a effectué une plongée dans le Pacifique en 1991 à 9°N, un site qui venait manifestement de subir une éruption volcanique catastrophique. Trois ans plus tard, sur le même site, Lutz a découvert une énorme cheminée qui s’était élevée de 10 mètres du fond de l’océan en un court laps de temps. Des gisements minéraux dont on pensait auparavant qu’ils mettaient des éons à se développer se sont formés en quelques années seulement. L’écosystème est également un trésor de métaux précieux, dont l’or. Bien qu’il y ait de l’or ailleurs dans les océans, il est dissous dans l’eau. Jusqu’à récemment, on pensait qu’il n’y avait pas de véritables gisements d’or dans les profondeurs, jusqu’à ce que Peter Rona et ses collègues trouvent de l’or sur le site de cheminées hydrothermales TAG.
En quoi les écosystèmes des cheminées sont-ils différents du reste de l’océan profond ? Les cheminées hydrothermales ne ressemblent à aucune autre région de la planète. L’homme a tendance à considérer les grands fonds comme une vaste plaine vide, trop profonde pour abriter la vie. Il est vrai qu’une grande partie des profondeurs est désertique. C’est l’une des raisons pour lesquelles les scientifiques ont été choqués de découvrir des sites de cheminées hydrothermales, même à des profondeurs supérieures à 12 km, absolument pleines de vie. Le choc n’est pas seulement dû à la profondeur, mais aussi à la découverte de la vie dans un environnement que l’on aurait autrefois cru totalement hostile à son développement. Tout d’abord, la lumière du soleil est totalement absente. Ensuite, il y a la température. Dans la majeure partie de l’océan profond, la température de l’eau est relativement stable, à 35,6° Fahrenheit (2° Celsius). Mais l’eau et les produits chimiques qui s’échappent des cheminées peuvent atteindre 752° Fahrenheit (400° Celsius). Le fluide des cheminées est en grande partie composé de sulfure d’hydrogène, un poison mortel pour la plupart des créatures. Ajoutez à cela une pression d’eau qui peut facilement atteindre 3 500 livres par pouce carré (240 atmosphères) et vous obtenez ce que l’on pourrait attendre d’un environnement complètement toxique et sans vie. Selon Lutz, si l’environnement de l’évent existait sur terre, il “ressemblerait à un site de déchets toxiques”. Et pourtant, il pourrait y avoir plus de vie dans les régions sombres de la planète que n’importe où ailleurs sur Terre. Une multitude de microbes vivent à l’intérieur et autour des cheminées. Personne ne sait jusqu’où ils descendent, mais certains scientifiques pensent que la biomasse (le poids combiné) de ces microbes et de ceux qui vivent dans la croûte terrestre pourrait être supérieure à la biomasse de tous les autres êtres vivants sur Terre. La différence la plus radicale entre cet écosystème et ceux que l’on trouve ailleurs sur la planète est peut-être qu’il est basé non pas sur la photosynthèse, mais sur la chimiosynthèse.
Qu’est-ce que la chimiosynthèse ? Les surfaces rocheuses situées à proximité des sources thermales et l’eau qui les entoure sont absolument pleines de bactéries. Ce qui les distingue, c’est qu’elles utilisent l’énergie des produits chimiques dissous dans les sources chaudes, au lieu de la lumière du soleil, pour produire de la nourriture. En d’autres termes, elles utilisent la chimiosynthèse plutôt que la photosynthèse. Sur terre, dans les eaux douces et dans les océans moins profonds, la clé de la vie est la photosynthèse. Les plantes utilisent l’énergie de la lumière du soleil pour fabriquer des hydrates de carbone complexes, qui sont transférés à d’autres créatures lorsqu’elles mangent les plantes (et à des animaux qui, à leur tour, mangent les créatures qui mangent les plantes). Dans l’océan, le plancton qui se trouve près de la surface remplit la même fonction, utilisant l’énergie de la lumière du soleil pour fabriquer de la nourriture pour d’autres créatures. Mais les profondeurs de l’océan sont différentes. En l’absence de lumière solaire, il n’y a pas de photosynthèse. Les bactéries utilisent l’énergie du sulfure d’hydrogène et fabriquent des hydrates de carbone complexes à partir du carbone, de l’oxygène et de l’hydrogène présents dans l’eau de mer. D’autres animaux, comme les crabes, mangent les bactéries, et ces créatures sont à leur tour mangées par d’autres. Un réseau complexe de relations alimentaires se met en place, entièrement basé sur la conversion de produits chimiques, et non de la lumière du soleil, en nourriture. Les sites de dégazage étant très riches en sulfure d’hydrogène, ils regorgent de bactéries, et c’est la raison pour laquelle la vie y est si riche.
Quelles sont les créatures qui vivent à proximité des cheminées ? Lorsque les premiers scientifiques à avoir observé une cheminée, ont vu des palourdes géantes joncher le fond de l’océan, ils ont pensé que ces mollusques devaient venir d’ailleurs, peut-être jetés par-dessus bord après un festin à bord d’un navire. C’est alors qu’ils ont découvert le spectacle merveilleux d’autres formes de vie, comme on n’en avait jamais vu auparavant. Les cheminées sont si riches en vie qu’il faudra des années avant que nous ayons répertorié toutes les espèces qui y vivent. Au cours des 20 dernières années, de nouvelles espèces ont été découvertes au rythme moyen d’environ une toutes les semaines et demie. Il existe également des organismes dont nous soupçonnons l’existence, mais que personne n’a jamais vus, comme les créatures qui créent des motifs de trous étrangement symétriques dans les fossiles au fond de l’océan. Il y a beaucoup trop d’animaux étonnants pour les décrire ici en détail, mais voici un échantillon de quelques-unes des créatures qui apparaissent dans Volcanoes of the Deep Sea. Il y a quelques années encore, aucun être humain n’avait la moindre idée de l’existence de ces organismes.
Les vers tubicoles géants : Ces créatures impressionnantes se trouvent dans les écosystèmes de l’océan Pacifique. Ils vivent dans des peuplements d’une étrange beauté, où ils atteignent plus de 1,8 mètre de long. Non seulement ils sont grands, mais ils grandissent vite : jusqu’à 85 centimètres par an ! Les vers tubicoles ont un long corps blanc surmonté d’une magnifique pointe rouge (la couleur provient de l’hémoglobine). Dépourvus de bouche et de système digestif, ils survivent grâce à une relation symbiotique avec les bactéries qui vivent en eux. Dans les systèmes symbiotiques, deux organismes ont besoin l’un de l’autre pour survivre. Les vers tubicoles offrent un environnement idéal aux bactéries qui, à leur tour, fournissent des nutriments aux vers tubicoles.
Crabes éventails : Plusieurs espèces de crabes d’évent aux pattes fuselées vivent dans l’Atlantique et le Pacifique. Ils sont parmi les premières espèces à arriver sur les nouvelles cheminées, mais la manière dont ils y parviennent reste un mystère. Les membres de la toute première expédition sur les cheminées d’aération ont su qu’ils se trouvaient face à quelque chose de totalement nouveau lorsqu’ils ont vu des essaims de crabes blancs tout autour d’eux alors qu’ils s’approchaient de leur première cheminée. Les crabes sont des prédateurs voraces qui ramassent des bactéries (qui poussent sur le fond de l’océan en tapis si épais qu’ils sont visibles), qui se nourrissent de vers tubicoles, qui mangent des palourdes ou qui fouillent les charognes qu’ils peuvent trouver.
Palourdes blanches géantes : Les palourdes jonchent le fond de l’océan à proximité de nombreux sites de cheminées. Mais ce ne sont pas les mêmes types de palourdes que celles que l’on trouve dans une chaudrée. D’une part, elles empestent le sulfure d’hydrogène lorsqu’elles sont ramenées à la surface. D’autre part, chaque palourde peut être aussi grande qu’une assiette à dîner. Comme les vers tubicoles, les palourdes vivent en symbiose avec les bactéries. Bien qu’elles aient une bouche, elles ne mangent pas. Elles sont nourries par les bactéries qui vivent en elles.
Les crevettes des cheminées : Alors que la plupart des animaux vivant dans l’environnement des cheminées sont plus ou moins éloignés de l’eau surchauffée qui s’en échappe, les crevettes prospèrent à proximité des points les plus chauds. Elles rampent sur la roche près des ouvertures des cheminées, là où les concentrations de bactéries sont les plus élevées. Les bactéries se développent sur le dos des crevettes, ce qui constitue un repas pratique pour les crevettes voisines. Des millions de crevettes se disputent les meilleurs endroits, riches en sulfure d’hydrogène, près des cheminées. Mais elles doivent faire attention : une crevette qui s’approche trop près peut se retrouver instantanément grillée.
En quoi les cheminées modifient-ils notre compréhension de la vie ? L’existence d’un écosystème basé sur la chimiosynthèse a bouleversé de nombreuses hypothèses sur la nature de la vie, en particulier l’idée que la lumière du soleil est essentielle au développement de la vie. Il semble que la vie sur Terre soit née dans les cheminées plutôt que dans les couches supérieures de l’océan. La perspective de trouver de la vie ailleurs dans l’univers est encore plus excitante. Il semble de plus en plus probable que la vie puisse exister ailleurs dans notre propre système solaire ; des organismes ressemblant aux microbes chimiosynthétiques des cheminées pourraient s’y trouver, formant peut-être la base de réseaux alimentaires complexes composés d’organismes supérieurs. Dernièrement, Europa, une lune gelée de Jupiter, a fait l’objet d’une grande attention. Les observations montrent que la glace qui recouvre la planète se déplace, ce qui indique peut-être la présence d’eau sous la glace et, éventuellement, de formes de vie basées sur la chimiosynthèse.
