À quelques kilomètres au sud de Lovell, dans le Wyoming, près de la frontière avec le Montana, le chemin de fer Burlington Northern commence une montée progressive des pâturages et des bosquets de peupliers. La piste monte dans une gorge couleur de miel taillée dans le calcaire de Madison, une formation déjà ancienne au temps des dinosaures parcourant les rivages du Wyoming, puis passe au-dessus d'une chambre souterraine, 30 pieds plus bas, appelée Lower Kane Cave. L'entrée de la grotte est presque invisible, une fissure presque enterrée par les gravats fortement empilés du remblai de la voie ferrée.
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En trébuchant sur cette pente tordue derrière une équipe de scientifiques, je me suis plié les premiers pieds dans la fente de 30 pouces. Plié en deux et tâtonnant dans les ténèbres, je me glissai dans un ruisseau rapide et me laissais tomber à quatre pattes avant de trouver assez de place pour se tenir debout sur le banc de boue. Mes yeux se sont bientôt adaptés à la faible lueur de ma lampe frontale, mais ma peau est restée collante; à la différence de la plupart des grottes à cette latitude qui restent agréablement fraîches toute l'année, la température dans la Basse-Kane oscille à une température inconfortablement humide de 75 degrés. Une odeur âcre et pourrie me collait à la gorge.
Lower Kane ne possède aucune des colonnes étincelantes ni des «draperies» calcaires de lieux touristiques souterrains tels que les cavernes de Carlsbad au Nouveau-Mexique ou la MammothCave du Kentucky. À peine plus grande qu'une station de métro typique de la ville de New York, Lower Kane ne possède même pas la plus humble stalactite. Pourtant, cette grotte sans prétention s'avère être une mine d’or scientifique, entraînant dans ses profondeurs humides un groupe de chercheurs énergiques, dirigé par Annette Summers Engel de l’Université du Texas. Portant des masques de sécurité pour se protéger des gaz toxiques remontant de trois piscines alimentées par une source d’eau, l’équipe poursuit le dernier chapitre de ses 30 années d’efforts pour comprendre la forme rare et exotique de cavernes que représente Kane; seulement environ une douzaine de ces grottes dites de sulfures actifs ont été découvertes dans le monde entier. Lorsqu'elles ont été proposées pour la première fois au début des années 1970, la théorie de leurs origines était si controversée que la communauté scientifique a mis près de deux décennies à l'adopter. Finalement, la géochimie inhabituelle de ces grottes a bouleversé les idées reçues quant à leur formation.
De manière plus significative, la découverte de la «vie sombre» - des colonies légendaires de microbes qui prospèrent dans ces mondes noires bien trempés d’acide - a fait naître la conviction de longue date que les grottes sont pour la plupart des lieux stériles et stériles. Les scientifiques recherchent dans ces profondeurs autrefois cachées des microbes susceptibles de déboucher sur de nouveaux traitements contre le cancer. Et la recherche dans les grottes affecte également la réflexion des scientifiques sur les origines de la vie sur Terre et son existence possible sur d'autres mondes. «Une caverne est un environnement tellement différent que c'est presque comme si on se dirigeait vers une autre planète», déclare Penny Boston, géomicrobiologiste chez New Mexico Tech. «En un sens, c'est une autre planète, la partie de notre planète que nous n'avons pas encore explorée. Alors que les profondeurs des océans ne sont devenues accessibles à la science que ces dernières décennies, nous constatons maintenant ce genre d’effort pionnier dans les grottes. »(Une exploration télévisée de la recherche dans les grottes, « La vie mystérieuse de grottes », est diffusée sur PBS NOVA le 1 er octobre)
À la fin des années 60, un étudiant diplômé de la Stanford University recherchant un sujet stimulant pour sa thèse de doctorat devint le premier scientifique à se faufiler à travers la fissure de la digue de la voie ferrée du Wyoming. La curiosité de Stephen Egemeier fut immédiatement éveillée par les températures inhabituellement chaudes et les odeurs désagréables de la Basse-Kane. Encore plus étranges étaient les énormes tas boueux d'un minéral blanc friable que l'on trouve rarement dans les grottes. Il s’agissait du gypse, ou sulfate de calcium, l’ingrédient principal de Sheetrock ou cloison sèche, matériau bien connu de la construction de maisons. Quand Egemeier découvrit que les sources de Lower Kane étaient non seulement chaudes, mais faisaient également barboter du gaz sulfuré d'hydrogène (notoire pour son odeur de pourriture), il supposa que l'hydrogène sulfuré participait activement à la réduction de Lower Kane. Quelle que soit la source souterraine d'où provenait le gaz potentiellement toxique - qu'il s'agisse des réservoirs volcaniques de Yellowstone à l'ouest ou des gisements de pétrole du Bighorn Basin au sud -, il bouillonnait dans l'eau de source et pénétrait dans la grotte. Naturellement instable, il réagissait avec l'oxygène de l'eau pour former de l'acide sulfurique. L'acide rongeait les murs de la grotte et produisait du gypse comme sous-produit.
La recherche pionnière d'Egemeier n'a jamais été largement publiée et n'a guère attiré l'attention dans les années 70. Mais pendant qu’il languissait, un autre groupe de scientifiques s’attaquait à des énigmes tout aussi troublantes. Cette fois-ci, la chasse au détective scientifique s'est déroulée loin des canyons accidentés du Wyoming, dans les profondeurs piétinées d'une des principales destinations touristiques, Carlsbad Caverns.
La première histoire de Carlsbad est essentiellement l’histoire d’un seul individu, Jim White. Adolescent, dans les années 1890, White errait près de son camping dans les montagnes de Guadalupe, au sud-est du Nouveau-Mexique, lorsqu'il aperçut un étrange nuage noir tourbillonnant du sol du désert. "Je pensais que c'était un volcan", a-t-il dit plus tard, "mais je n'avais jamais vu de volcan." Tracé du nuage à l'origine, à l'embouchure d'une gigantesque caverne, White se sentit transpercé par le spectacle de millions de chauves-souris qui affluaient. sur leur exode de chasse nocturne. Ainsi commença son obsession de toujours avec les cavernes de Carlsbad, qu’il explorait généralement seul, avec seulement le faible scintillement d’une lampe à pétrole pour le guider. Les récits d'un vaste labyrinthe souterrain par White en font un objet de risée local jusqu'à ce qu'il persuade un photographe de l'accompagner dans la grotte en 1915. Dans les mois qui suivent, White abaissera les visiteurs dans un seau en fer sur un treuil vacillant dans l'obscurité. 170 pieds en dessous. Aujourd'hui, bien sûr, son obsession solitaire est devenue un parc national attirant un demi-million de visiteurs par an.
Mais l’aspect le plus étonnant de l’histoire de Carlsbad est peut-être que, même dans les années 1970, lorsque l’été comptait des milliers de visiteurs, la minéralogie des cavernes et ses nombreuses caractéristiques déroutantes n’avaient guère été étudiées. La spéléologie, ou l'étude des grottes, était à peine une science respectable et, selon Carol Hill, experte des grottes, les géologues traditionnels ont tendance à qualifier ceux qui sont attirés par le sujet.
Puis, un jour d’octobre 1971, Hill et trois autres jeunes étudiants diplômés en géologie ont gravi une échelle raide dans l’une des chambres distantes de Carlsbad. Alors qu'ils grimpaient dans la Mystery Room, nommée en raison du bruit étrange causé par le vent, ils étaient déroutés par des plaques d'argile bleuâtre à leurs pieds et des croûtes friables ressemblant à des flocons de maïs sur les murs. Plus curieux encore étaient les blocs massifs d’un doux minéral blanc ailleurs dans la grotte. De tels blocs n'auraient pas dû être là du tout.
D'une part, ce minéral, le gypse, se dissout rapidement dans l'eau. Et l'explication conventionnelle de la formation des grottes implique l'action de l'eau - en grande partie - filtrant à travers le calcaire sur des millions d'années. La chimie est simple: lorsque la pluie tombe dans l’atmosphère et s’infiltre dans le sol, elle capte le dioxyde de carbone et forme une solution acide faible, l’acide carbonique. Ces eaux souterraines légèrement corrosives rongent le calcaire et, à l’époque, creusent une grotte.
Selon cette théorie universellement acceptée, toutes les grottes de calcaire devraient se composer de longs couloirs étroits. Pourtant, comme le savent tous ceux qui ont parcouru l’attraction principale de Carlsbad, la Big Room, il s’agit d’une salle gigantesque, semblable à une cathédrale, qui s'étend sur l’équivalent de six terrains de football. Si une immense rivière souterraine avait creusé cette immense caverne, elle aurait dû éroder ou balayer tout sur son passage, y compris le gypse. Pourtant, des tas blancs géants de matériaux allant jusqu'à 15 pieds d'épaisseur reposent sur le sol de la Big Room, l'une des plus grandes cavernes au monde.
Perplexe, Hill est forcé de conclure que certaines méthodes de formation de grottes radicalement différentes ont dû être à l'œuvre dans les monts Guadalupe. Bientôt, elle proposa une théorie semblable à celle d'Egemeier: le sulfure d'hydrogène dégagé par les champs de pétrole et de gaz avoisinants s'était élevé dans les montagnes et réagissait avec de l'oxygène dans les eaux souterraines pour produire de l'acide sulfurique, qui avait ensuite rongé les grottes pendant des millions d'années. .
Sa théorie de l'hydrogène sulfuré a suscité un scepticisme intense parmi les géologues, qui ont cherché des preuves que Carlsbad, en tant que cavité «morte» ou ne formant plus, ne pouvait fournir. Pour confirmer la théorie de Hill, les scientifiques devaient étudier un site où l'acide sulfurique rongeait encore la grotte, comme ce fut le cas à Lower Kane. Mais au fil des ans, la petite grotte sous la voie ferrée avait été plus ou moins oubliée.
En 1987, parut enfin l'étude minutieuse de Hill sur le Guadalupes, qui coïncida avec la publication des travaux de Stephen Egemeier après sa mort en 1985. Ces études, ainsi que les nouvelles découvertes d'une poignée d'autres grottes de sulfures en activité dans le monde, se révélèrent sans aucun doute. ces grottes dans certaines régions ont été formées par l'acide sulfurique. Mais maintenant, une question plus tentante se pose: comment la vie peut-elle prospérer dans des cavernes obscures et pleines de gaz toxique?
L'un de mes moments les plus fantasmagoriques lors de ma visite à Lower Kane a été le moment où j'ai dirigé mon faisceau de lampe de poche sur l'une des trois piscines de la grotte. Juste au-dessous de la surface de l'eau s'étendait un motif fou de matelassages filandreux dans des tons surprenants de bleu-noir, de vermillon et d'orange criard Day-Glo, comme si un artiste de la pop des années 1960 avait projeté de la peinture dans tous les sens. À certains endroits, les motifs orange marbrés et piqués me rappelaient les images de la NASA de la surface stérile de Mars. Dans d'autres cas, il semblerait que quelqu'un ait jeté de la sauce à spaghetti dans l'eau. Et, flottant dans l'eau directement au-dessus de chaque source, des filaments ailés blancs, comme de délicates toiles d'araignées, exécutaient une danse sous-marine fantomatique dans les courants remontant vers le bas.
Les couleurs psychédéliques appartenaient toutes à des nattes bactériennes, films gélatineux de composés carbonés générés par des microbes invisibles. On peut voir ces sous-produits d’activité bactérienne se regrouper autour des sources thermales à Yellowstone et ailleurs, bien qu’à la surface, ils puissent être submergés par la concurrence des algues et d’autres organismes. Mais que faisaient-ils ici dans le Bas-Kane, prospérant si abondamment dans un endroit avec des gaz toxiques et sans soleil?
Pendant la plus grande partie du XXe siècle, les scientifiques ont estimé qu'aucune bactérie ne pourrait exister plus de quelques mètres sous la terre végétale ou la boue de l'océan; Au-dessous de ça, pensaient les scientifiques, la vie s’éteignait tout simplement. Puis, en 1977, l’étonnante découverte de tubes étranges et d’autres animaux exotiques, tous blottis autour de volcans submergés si profonds dans le Pacifique que le soleil ne les atteint pas. Cet écosystème surnaturel s'est avéré dépendre presque entièrement de l'activité de bactéries aimant le soufre, prospérant grâce aux courants brûlants et aux gaz libérés par les bouches d'évacuation sous-marines. Des révélations tout aussi surprenantes sur les microbes dans d'autres endroits improbables ont rapidement suivi: des bactéries ont été découvertes dans des carottes forées à plus d'un kilomètre au-dessous de Virginia, dans des roches inhospitalières de l'Antarctique et à plus de six milles dans le Pacifique, au fond de la fosse des Mariannes. Certains scientifiques supposent maintenant que les bactéries souterraines cachées peuvent égaler la masse de tout le matériel vivant ci-dessus.
Cette «vie sombre», isolée depuis des milliards d'années, ouvre des perspectives alléchantes pour les scientifiques. Les microbiologistes espèrent que les bactéries souterraines peuvent conduire à de nouveaux antibiotiques ou agents anticancéreux. Les spécialistes de la NASA les étudient dans l’espoir d’identifier des signatures qu’ils pourraient reconnaître dans des échantillons de roches de Mars ou dans des sondes qui pourraient un jour pénétrer dans les mers glacées d’Europa, l’une des lunes de Jupiter.
Mais le défi pour tous ces chasseurs de punaises souterraines est l’accès, c’est là que Lower Kane entre en scène. «Les grottes offrent une fenêtre parfaite pour entrer dans le monde normalement caché de l’activité microbienne», déclare Diana Northup, enquêteuse en grottes à l’Université. du Nouveau-Mexique. «Certains chercheurs ont supposé que la vie avait d'abord évolué sous terre et remonté à la surface à mesure que les conditions s'amélioraient. Si cela est vrai, les études sur les microbes sous la surface peuvent offrir des indices sur la nature de certaines des formes de vie les plus anciennes de la Terre. "
Bien que LowerKaneCave m’ait donné un plongeon et une ou deux meurtrissures, mon inconfort n’était en rien comparable aux milles de frétillement et de compression nécessaires pour pénétrer dans de nombreuses autres cavernes de sulfures. Son accessibilité était une des raisons pour lesquelles Lower Kane avait attiré Annette Summers Engel pour la première fois en 1999 et chaque année depuis, ce qui lui permettait, à elle et à son équipe de géologues, géochimistes et experts en ADN, de transporter du matériel scientifique avec une relative facilité. Leurs premiers tests ont rapidement confirmé que Stephen Egemeier avait eu raison: l'acide sulfurique, résultat de la réaction du sulfure d'hydrogène avec l'oxygène, rongeait encore les parois de la grotte. La question la plus intrigante était de savoir si les tapis bactériens de Lower Kane ajoutaient à l'attaque acide. Étant donné que certaines bactéries produisent de l'acide sulfurique sous forme de déchets, cela semblait certainement possible. Le plan de Summers Engel était d’aborder la question sous plusieurs angles. Un test ADN, par exemple, pourrait identifier des microbes particuliers. D'autres tests pourraient indiquer si un microbe se nourrit de soufre ou de fer, par exemple, et s'il est stressé ou en plein essor.
Les résultats préliminaires ont balayé les chercheurs. "Lorsque nous sommes arrivés à Lower Kane, " dit Summers Engel, "nous avons naturellement supposé que chaque tapis serait principalement constitué de microbes oxydant le soufre. Cela semblait être du bon sens. Ce que nous avons découvert, c’est une complexité étonnante. »En réalité, chaque tapis était aussi diversifié qu’un pâté de maisons de Manhattan. Il y avait beaucoup de microbes mangeurs de soufre, tous se nourrissant des gaz qui bouillonnaient dans les sources. Mais il y avait aussi un mélange insidieux d'autres bactéries. Par exemple, certains, inconscients du soufre, se nourrissaient des déchets générés par leurs voisins. Les insectes n'ont pas non plus tous été jetés ensemble au hasard. Les bactéries mangeuses de soufre, par exemple, se sont rassemblées au sommet du tapis; consommateurs d’oxygène avides, ils avaient besoin de l’air à la surface de la source pour survivre. Les producteurs de méthane qui n'avaient pas besoin d'oxygène étaient concentrés, de manière prévisible, au fond du tapis.
Pour déterminer comment les tapis dans leur ensemble affectaient la grotte, les scientifiques ont mis au point un test de simplicité élégante comportant deux tubes en plastique contenant chacun des copeaux de calcaire identiques. La gueule de l'une d'elles était recouverte d'un filet de plastique brut permettant à la fois aux microbes et à l'eau de la source de tourbillonner à l'intérieur. L'autre était recouvert d'une membrane qui permettait l'entrée d'eau mais empêchait les microbes de pénétrer. Après avoir plongé les deux tubes au printemps pendant plusieurs mois, l'équipe a étudié les puces au microscope. La puce exposée à la fois à l'eau acide et aux microbes était plus gravement piquée et marquée que celle exposée à l'eau seule. C'était la preuve que les microbes producteurs d'acide accéléraient la création de la grotte. «Il ne fait aucun doute que les microbes s'ajoutent à la chimie acide qui dissout le calcaire», explique la géochimiste de l'Université du Texas, Libby Stern, «et que sans les tapis, le Lower Kane se formerait probablement beaucoup plus lentement».
Mais une autre découverte était encore plus tentante: une espèce de microbe totalement nouvelle, provisoirement identifiée par la biologiste de BrighamYoungUniversity, Megan Porter. Le nouvel organisme semble être étroitement lié aux microbes trouvés dans les évents sous-marins au fin fond du Pacifique, un point d’origine probable de l’émergence de la vie. «C'est une découverte passionnante, dit Porter, car cela implique que les types de métabolismes trouvés dans LowerKaneCave sont très anciens.» Cela correspond également à l'évidence croissante que la vie a peut-être commencé dans les profondeurs. Dans les refuges souterrains tels que les grottes, les bouches sous-marines et dans le sol, les microbes primitifs auraient été à l’abri des explosions volcaniques, des bombardements de météores et du rayonnement ultraviolet intense qui ont rendu la planète si inhospitalière à ses débuts. Dans ces anciens refuges, que les humains ont à peine compris comment pénétrer, la vie a évolué loin des rayons du soleil, souvent dans des conditions extrêmes de chaleur et d'acidité. Les tapis psychédéliques de Kane nous rappellent à quel point les anciens pionniers de la terre devaient être extraordinairement diversifiés et robustes.
Mais les horizons de la recherche dans les grottes s'étendent bien au-delà de notre propre planète. De nombreux astronomes et géologues supposent que la lune de Jupiter, Europa et Mars, hébergent des conditions d’eau et de subsurface semblables aux nôtres. Si les microbes peuvent survivre dans des conditions difficiles ici, pourquoi pas là aussi? «Notre travail dans les grottes a élargi les limites connues de la vie sur notre propre planète», a déclaré Penny Boston. "Mais c'est aussi une excellente répétition pour étudier des sites biologiques sur d'autres planètes et pousser notre imagination à relier les" intérieurs-terrestres "de la Terre à ceux de l'espace."
