INTERRVIE : Interaction Terre/vie

  • Financé par : INSU
  • Comité Scientifique : CLAUSEN Sébastien (Co-Président), MARIN Frédéric (Co-Président), ARETZ Markus, DESMARES Delphine, DONNADIEU Yannick, LOPEZ-GARCIA Purification, MIOT Jennyfer, SEGALEN Loic, VULLO Romain, QUILLEVERE Frédéric

Résumé

L’étude de la Terre Vivante a comme objectif de mieux comprendre les interactions actuelles et passées entre la géosphère et la biosphère et de comprendre comment la Terre et la vie se sont influencées mutuellement au cours des temps géologiques, conduisant au système Terre/vie actuel.

L’objectif majeur du présent Appel d’Offres est de susciter des études pluri- et/ou interdisciplinaires associant paléontologues, géomicrobiologistes, géochimistes, biologistes moléculaires, bioinformaticiens, modélisateurs, chimistes ou physiciens. Il vise notamment à progresser sur :

1)    la connaissance des étapes clés des interactions entre biosphère et géosphère ;
2)    la compréhension des processus/mécanismes clés de la géobiologie ;
3)    le développement et l’application de nouveaux outils analytiques permettant une étude évolutive et/ou fonctionnelle plus fine des objets géobiologiques.

Cadre général

L’étude de la Terre Vivante, aussi nommée géobiologie, a comme objectif de mieux comprendre les interactions actuelles et passées entre la Géosphère et la Biosphère ; en d’autres termes, il s’agit de comprendre comment la Terre et la vie se sont influencées mutuellement au cours des temps géologiques, conduisant au système Terre/vie actuel. Ces interactions entre le Vivant et le Minéral se font à différentes échelles de temps et d’espace. Dans ce but, des cultures et savoir-faire d’horizons variés doivent être associés au sein d’approches pluri- et/ou interdisciplinaires impliquant notamment des paléontologues et des géomicrobiologistes, mais aussi des géochimistes, biologistes moléculaires, bioinformaticiens, modélisateurs, chimistes des solutions ou physiciens du solide.

L’objectif majeur du présent appel d’offre est donc de susciter de telles études combinant des approches de terrain, des analyses et expériences de laboratoire ainsi que de la modélisation, et visant à progresser sur :

  • la connaissance de certaines étapes clés des interactions entre biosphère et géosphère ;
  • la compréhension des processus/mécanismes clés de la géobiologie ;
  • le développement et l’application de nouveaux outils analytiques permettant une étude évolutive et/ou fonctionnelle plus fine des objets géobiologiques.

 

Quelques orientations

Pour préciser ces trois niveaux d’étude possibles, quelques orientations pouvant servir de cadre général aux projets proposés, sans toutefois exclure d’autres pistes pertinentes, sont mises en avant, sur la base des conclusions des deux derniers colloques de prospectives des Sciences de la Terre, organisés à Aussois en 2008 puis à Cabourg en 2014 :

1. Approfondir la connaissance de certaines étapes clés des interactions entre Biosphère et Géosphère, par exemple :

  • l’apparition, les épisodes de diversification et les crises du Vivant ;
  • l’émergence des différents métabolismes du Vivant et leur influence sur le fonctionnement géochimique de la surface de la Terre ;
  • le développement, le fonctionnement et l’impact de la vie sur la géobiosphère et les grands cycles biogéochimiques, notamment dans la lithosphère océanique et dans les géants salifères ;
  • le développement de la biosphère continentale, ses interactions avec la surface de la Terre depuis la terrestrialisation, ainsi que son impact sur les paléoclimats.

2. Comprendre certains processus/mécanismes clés de la géobiologie, par exemple

  • Les mécanismes de fossilisation, notamment de préservation exceptionnelle ou différentielle (diagenèse des objets biominéralisés). Il s’agit d’évaluer quelles caractéristiques primaires peuvent être préservées et donner ainsi des informations de premier ordre pour la reconstruction des paléoenvironnements et la connaissance de la paléobiodiversité. De plus, il s’agit de comprendre quelles conditions et quels mécanismes minéralogiques et biogéochimiques permettent de préserver ou d’empêcher la dégradation de microorganismes, tissus végétaux, etc. Dans ce cadre, l’étude de gisements à conservation exceptionnelle (Konservat- ou Konzentrat-Lagerstätten) ainsi que le recours à l’actuo-taphonomie et/ou à la taphonomie expérimentale sont particulièrement encouragés ;
  • La biominéralisation : ce processus est l’apanage de nombreux embranchements de l’arbre du vivant (Bactéries, Archées, Eucaryotes unicellulaires, métazoaires, etc…). Il peut être contrôlé ou induit, et peut revêtir diverses fonctions. La biominéralisation sensu lato (incluant l’organo-minéralisation) conduit également à des structures durables dans l’enregistrement géologique, structures qui peuvent nous renseigner sur les conditions paléoclimatiques et paléoenvironnementales ou les premières traces de vie. Enfin, elle contribue à la formation d’un important puits biologique de carbone. Néanmoins, nos connaissances demeurent encore très parcellaires, notamment sur la structure des biominéralisations à différentes échelles, les mécanismes moléculaires de formation des biominéraux, ainsi que l’évolution de ces mécanismes au cours des temps géologiques ;
  • Les processus d’altération catalysés par le vivant ainsi que les processus microbiens contrôlant la géochimie des fluides. Les biosphères de surface et de profondeur contribuent, et ont contribué à l’altération des croûtes continentales et océaniques ainsi qu’au contrôle de la chimie des fluides de profondeur. Cependant, on estime encore mal l’importance de ces processus, et on connait mal leurs mécanismes associés et leur évolution au cours des temps géologiques, notamment leur impact sur le couplage tectonique/climat/érosion/biosphère.


3. Développer et appliquer des outils d’étude des objets géobiologiques, par exemple :

  • Développer et appliquer des techniques d’acquisition (semi-)automatiques de données paléontologiques, notamment morphométriques et taxinomiques (identification, comptages) ;
  • Développer et appliquer l’imagerie fonctionnelle des interfaces vivant/minéral ainsi que les nouvelles techniques d’imagerie non destructives de fossiles à différentes échelles (par exemple par synchrotron, cryo-microscopie électronique, immunomarquages et marquage d’acides nucléiques, spectroscopies diverses, imageries isotopiques ou cartographie d’éléments trace, etc…) ;
  • Développer et appliquer des méthodes de construction de référentiels (échelles) biochronostratigraphiques intégrés et dynamiques ;
  • Développer et appliquer des méthodes d’analyse spatialisée (données géoréférencées) de l’évolution de différentes composantes (taxinomiques, morphologiques, phylogénétiques et fonctionnelles) de la biodiversité ;
  • Développer et appliquer des méthodes de criblage haut-débit pour l’étude génétique, génomique, métagénomique, métatranscriptomique et métaprotéomique des interactions vivant/minéral, afin de mieux comprendre le fonctionnement d'écosystèmes fortement minéralisés, en voie de fossilisation, et/ou les mécanismes de biominéralisation ;
  • Développer et appliquer des marqueurs géochimiques et cristallochimiques des processus de biominéralisation résistant à la fossilisation ;
  • Développer et appliquer des cryo-méthodes minimisant les artéfacts induits par la préparation d’échantillons comprenant tissu vivant et minéral ;
  • Développer et appliquer les approches comparatives via le couplage de la phylogénie moléculaire et/ou la génomique comparative avec les données paléontologiques et les biomarqueurs pour mieux comprendre l’Histoire de la vie ainsi que certaines étapes clés des interactions entre Biosphère et Géosphère ;
  • Développer une meilleure compréhension et quantification des fractionnements isotopiques par le vivant, par exemple dans le but de pouvoir reconstituer les paléo-régimes alimentaires, d’obtenir des proxys paléoenvironnementaux fiables, ou encore de mieux comprendre la Terre primitive (archéenne, protérozoïque) et les métabolismes qui opéraient alors, en privilégiant notamment l’étude expérimentale des communautés bactériennes et archées.


 

Contact(s):
  • Kristiana Stoitseva, CNRS-INSU
    Kristiana [dot] Stoitseva [at] cnrs-dir [dot] fr, 01.44.96.44.15
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