La grotte de soufre dans le Colorado abrite du sang

Par

Aaron Scott

Emily Kwong

Gabriel Spitzer

Thomas Lu

Darshan Chudasama, un étudiant diplômé du Bhamla Lab de Georgia Tech, émerge de Sulphur Cave à Steamboat Springs, Colorado avec un flacon contenant de l'eau de source toxique et les vers qui y vivent. Ville de Steamboat Springs masquer la légende

Les trois étudiants en sciences de Georgia Tech arrivent dans des combinaisons Dickies flambant neuves, prêts à entrer dans les entrailles de la Terre.

"Sulphur Cave est un endroit vraiment dangereux", explique David Steinmann, un spéléologue chevronné et associé de recherche au Denver Museum of Nature and Science, rassemblant tous les explorateurs à l'embouchure de la grotte. "Si vous prenez les précautions que nous prenons et que vous avez l'équipement et les gants, alors vous serez en sécurité. J'espère."

La grotte de soufre n'a pas l'air particulièrement dangereuse de la surface. C'est un trou dans le sol à côté d'une piste de ski sur Howelson Hill à Steamboat Springs, Colorado, entouré d'une clôture en bois. Un ruisseau jaillit d'une source voisine, puant le soufre, et descend dans le trou, ajoutant une bouffée persistante d'œufs pourris dans l'air.

Mais sous terre, la grotte est unique. L'une des rares grottes de soufre au monde, elle a été désignée monument naturel national par le Service des parcs nationaux en 2021. L'une des principales raisons est qu'elle abrite une créature qui a suscité l'intérêt des scientifiques du monde entier : un petit , ver rouge sang qui vit dans les eaux toxiques sous forme de gouttes de ver se tortillant.

"Les vers de Sulphur Cave sont des plus intéressants car ils peuvent vivre là où rien d'autre au monde ne pourrait normalement vivre", explique Steinmann, un biologiste des zones humides qui a été l'un des premiers à documenter les vers en 2007.

Les vers appartiennent à la catégorie des organismes dits extrêmophiles, des bestioles capables de vivre dans des environnements extrêmes. Ils sont comme de l'herbe à chat pour les scientifiques, car beaucoup ont développé de nouveaux composés et processus biologiques que les chercheurs peuvent utiliser pour développer de nouveaux antibiotiques, médicaments ou, dans le cas de l'équipe de Géorgie, des modèles de robots qui pourraient explorer des endroits dangereux et inégaux.

Des milliers de gouttes de vers, composées chacune de dizaines de vers individuels Limnodrilus sulphurensis, vivent de bactéries mangeuses de soufre dans les eaux de source toxiques de Sulphur Cave. Norman R. Thompson masquer la légende

Première priorité : respirer

Avant de pouvoir entrer pour trouver les vers, les scientifiques spéléologues doivent s'habiller dans des appareils respiratoires autonomes, qui se composent d'un réservoir d'oxygène et d'un masque facial, car l'air dans la grotte contient des niveaux mortels de sulfure d'hydrogène et de dioxyde de carbone. .

"J'ai déjà travaillé dans des sous-marins, donc pour moi, ce n'est pas grave", déclare Harry Tuazon, notant qu'ils ont utilisé des ARA lorsque des incendies se sont déclarés dans le sous-marin - principalement en raison de pièges à peluches non nettoyés - avant de fixer le tuyau du respirateur à son masque facial avec un clic et une forte expulsion d'air.

Tuazon est un officier de la marine devenu doctorant à Georgia Tech, étudiant la bio-ingénierie au laboratoire Bhamla, et il est le premier à entrer dans la grotte avec Steinmann.

Avec leurs SBCA faisant des bruits de respiration rappelant Dark Vador, les deux descendent prudemment le lit escarpé du ruisseau jusqu'à une fissure verticale au fond, puis se faufilent dans la grotte.

"Maintenant, nous sommes un peu plus bas ici, juste dans la zone où l'air devient vraiment toxique", dit Steinmann, sa voix étouffée provenant du haut-parleur du SCBA.

Le plafond de Sulphur Cave est recouvert de cristaux délicats et de snottites - de minuscules stalactites qui semblent dégouliner de mucus, mais sont en fait des colonies de bactéries dégoulinant d'acide sulfurique, qu'elles excrètent en digérant le sulfure d'hydrogène dans l'eau de source. Norman R. Thompson masquer la légende

À l'intérieur, la grotte est toute petite de beauté. La pièce principale mesure environ 75 pieds de long et cinq pieds de haut. Le plafond est recouvert de délicates formations de cristal qui scintillent à la lumière des phares.

"Vous ne le sauriez pas, évidemment, mais en regardant les plafonds et les murs, ils sont en fait couverts de milliers d'espèces de bactéries différentes », explique Steinmann.

Sur la plupart des surfaces, la bactérie forme une couche jaune-blanche qui se détache comme une pâte au toucher. Mais certaines des colonies de bactéries forment des formations sombres, sinueuses et en forme de corde appelées biovermiculations, qui, selon Steinmann, ressemblent à du corail cerveau.

D'autres colonies forment des structures en forme de paille suspendues au plafond que les spéléologues ont surnommées snottites, car elles ressemblent à des stalactites faites de mucus. C'est peut-être un nom mignon, mais les snottites dégoulinent d'acide sulfurique, que les bactéries ont métabolisé à partir du sulfure d'hydrogène qui s'infiltre à travers la roche. Le pH de l'acide est suffisamment bas pour brûler la peau et les vêtements en cas de contact prolongé.

Scientifiques en 2007 arpentant la grotte. Une pâte blanche maladive composée de sulfure d'hydrogène et de centaines d'espèces de bactéries recouvre la plupart des surfaces de la grotte. Norman R. Thompson masquer la légende

Scientifiques en 2007 arpentant la grotte. Une pâte blanche maladive composée de sulfure d'hydrogène et de centaines d'espèces de bactéries recouvre la plupart des surfaces de la grotte.

"Comme quelque chose sur une autre planète"

Au sol, le ruisseau s'élargit sur le sol de la grotte et disparaît dans l'obscurité. Le lit du ruisseau et les rochers sont également recouverts d'un tapis de bactéries jaune-blanc, donnant à toute la grotte une sensation fantomatique et surnaturelle.

Et c'est là que Steinmann les trouve.

"Si vous regardez, vous pouvez voir des touffes de vers partout", dit-il en désignant le sol. "Il y en a des milliers et des milliers."

Les gouttes de vers ressemblent à des anémones de mer rouge foncé qui se tortillent dans le lit du ruisseau. Les vers individuels mesurent environ un pouce de long, sont aussi fins qu'une mine de crayon et vivent des bactéries présentes dans la grotte, qui à leur tour vivent du soufre.

"Quand je suis entré pour la première fois dans la grotte, cela ressemblait à un environnement très vierge et non perturbé, presque comme quelque chose sur une autre planète", explique Steinmann. "Cela nous rappelle où nous pourrions un jour trouver de la vie dans des grottes souterraines sur d'autres planètes de notre système solaire."

Steinman a été la première personne sur cette planète à déclarer avoir vu les vers.

David Steinmann collectionne les vers. "Les vers de Sulphur Cave sont des plus intéressants parce qu'ils peuvent vivre là où rien d'autre au monde ne pourrait normalement vivre", dit-il. Norman R. Thompson masquer la légende

David Steinmann collectionne les vers. "Les vers de Sulphur Cave sont des plus intéressants parce qu'ils peuvent vivre là où rien d'autre au monde ne pourrait normalement vivre", dit-il.

En 2007, il a été invité à rejoindre un groupe de scientifiques pour étudier et documenter Sulphur Cave. Ils ont soufflé de l'oxygène dans la grotte avec des ventilateurs afin qu'ils puissent entrer sans SCBA, et Steinmann est entré le premier, afin qu'il puisse collecter des échantillons de la vie de la grotte avant que les autres chercheurs ne la dérangent. Il a la réputation de découvrir de nouvelles espèces dans les grottes.

"Au cours des 20 dernières années, j'ai trouvé une centaine de nouvelles espèces", dit-il. "Peut-être que quelques douzaines ont été nommées jusqu'à présent, et il y en a beaucoup plus. J'aime plaisanter avec mes amis en leur disant que si je veux trouver une nouvelle espèce dans une grotte, tout ce que j'ai à faire est d'aller dans un grotte où je ne suis jamais allé auparavant, et presque garanti, s'il y a un peu d'humidité, je trouverai quelque chose."

C'est parce que les grottes sont comme de petites îles d'évolution - ou ce que Steinmann appelle des microhabitats.Parce qu'ils sont coupés de la plupart des autres habitats et ont tendance à rester à une température constante toute l'année, les créatures qu'ils contiennent ont tendance à évoluer pour s'adapter à chaque grotte spécifique.

"Beaucoup de créatures des cavernes ont évolué pour n'avoir aucun pigment - elles sont albinos", explique Steinmann. "Ils ont de très longues jambes et beaucoup de poils sensoriels sur leur corps pour se sentir dans le noir, et leurs yeux deviennent réduits et parfois réduits à néant."

Les biovermiculations sont une formation souterraine à la consistance d'argile humide créée par un mélange de microbes et de sédiments. Les scientifiques commencent seulement à comprendre comment et pourquoi ils se forment. Norman R. Thompson masquer la légende

De minuscules vers, un potentiel extrême

Après avoir analysé les vers, Steinmann et plusieurs autres chercheurs ont pu annoncer qu'il s'agissait d'une nouvelle espèce pour la science qui ne vivait qu'ici et dans un ruisseau à proximité. Ils les ont nommés Limnodrilus sulphurensis. Et la nouvelle s'est répandue dans les milieux extrémophiles.

"Je viens de découvrir que de plus en plus de chercheurs au fil des ans m'ont contacté pour voir si je pouvais collecter des vers pour eux, afin qu'ils puissent les étudier de nouvelles façons, comme les antibiotiques, les vers robotiques, la physiologie, le sang, les substances détoxifiantes », dit Steinmann.

Les scientifiques ont tendance à s'intéresser aux extrêmophiles pour deux raisons : premièrement, parce qu'ils ont évolué pour vivre dans des environnements qui sont mortels pour la plupart des êtres vivants sur Terre - qu'ils soient trop froids, trop chauds, trop acides, trop radioactifs, trop sulfureux - ils peuvent servir de modèles de la façon dont la vie pourrait évoluer sur d'autres planètes où la composition chimique des atmosphères et des liquides est différente de celle de la Terre.

Deuxièmement, la biologie qu'ils ont évoluée pour vivre dans ces environnements repose souvent sur des composés et des processus chimiques inconnus qui se sont révélés utiles aux scientifiques qui étudient tout, des biocarburants au lait sans lactose, en passant par les moyens de nettoyer les déversements toxiques.

De leur côté, les vers soufrés proposent plusieurs énigmes alléchantes.

Les étudiants de Georgia Tech ramèneront des vers au laboratoire pour étudier comment ils se déplacent en tant que groupe enchevêtré afin de les aider à développer des modèles pour créer un robot à essaim de vers capable d'explorer un terrain accidenté. Ville de Steamboat Springs masquer la légende

Steinmann a déclaré qu'un chercheur lui avait dit que l'eau de source remplie de sulfure était 10 fois plus toxique que les évents volcaniques au fond de l'océan, et donc les scientifiques étudient comment les vers peuvent détoxifier le sulfure. Steinmann dit qu'ils ont jusqu'à présent détecté deux substances, en utilisant la chromatographie en phase gazeuse : une qu'ils connaissent bien et une qui est un mystère.

L'eau de source ici contient également des niveaux d'oxygène si bas que peu d'organismes pourraient survivre, de sorte que les vers ont adapté de puissants systèmes circulatoires. "Ils ont du sang qui lie étonnamment bien l'oxygène", déclare Steinmann. Il aime plaisanter en disant que les athlètes aimeraient avoir du sang de vers, pointant vers une autre application médicale potentielle.

Des chercheurs en France ont demandé aux vers de rechercher de nouveaux composés antibiotiques qui pourraient aider les vers à vivre aux côtés de centaines d'espèces de bactéries dans la grotte - des composés qui pourraient s'avérer fructueux contre les souches de bactéries résistantes aux antibiotiques qui deviennent un problème croissant.

Worm-Bots et plus

Et puis il y a Tuazon et son équipe de Georgia Tech. Ils sont particulièrement intéressés par la façon dont les gouttes de vers se déplacent en tant que groupe cohérent malgré l'absence de leadership.

"Je m'intéresse à la biologie, à la physique, jusqu'à la robotique", déclare Tuazon. "Pour ces vers, nous essayons de trouver des règles pour dire, comment peuvent-ils se déplacer ensemble dans un groupe enchevêtré? Nous essayons de les appliquer dans le domaine, disons, de l'exploration sous-marine, des explorations de grottes, peut-être de l'espace . Nous aimerions donc prendre cet aspect, créer des règles et modéliser après cela, et l'appliquer à la robotique en essaim."

Le laboratoire Bhamla où Tuazon étudie a déjà fabriqué un tel robot sur le modèle des vers noirs.

Des robots capables d'explorer d'autres planètes ? De nouveaux antibiotiques ? Des composés qui pourraient oxygéner notre sang ? Il y a beaucoup à espérer de quelques gouttes de vers qui se tortillent et qui ne vivent que dans cette petite grotte du Colorado, mais pour Steinmann, tout cela ajoute à la merveille des vers.

"Nous avons d'abord trouvé les vers en 2008", dit-il. "Nous sommes ici en 2022, 14 ans plus tard, et nous découvrons toujours de nouveaux attributs et caractéristiques de ces vers inhabituels. Et je pense qu'il y a vraiment beaucoup plus à regarder."

Cet épisode a été produit par Thomas Lu, édité par Gabriel Spitzer et vérifié par Rachel Carlson. L'ingénieur du son était Gilly Moon et Josh Newell.

Première priorité : respirer " comme quelque chose sur une autre planète ". De minuscules vers, des robots vers potentiels extrêmes, etc.