Les Actualités / L’Antarctique, le laboratoire sans murs et sans frontières. Entretien avec An

L’Antarctique, le laboratoire sans murs et sans frontières. Entretien avec Annick Wilmotte

Docteur en sciences botaniques et chercheuse qualifiée FNRS attachée au « Centre d’Ingénierie des Protéines » de l’Université de Liège, Annick Wilmotte travaille depuis plus de vingt-cinq ans sur les cyanobactéries. C’est dans ces microorganismes appelés autrefois « algues bleues » que s’est produit, il y a environ 3 milliards d’années, le phénomène de la production d’oxygène par photosynthèse. Leur présence a contribué à l’apparition de la couche d’ozone et au développement d’autres formes de vie sur Terre et favorisé la formation de roches carbonatées, piégeant le gaz carbonique de l’atmosphère primitive et diminuant l’effet de serre.

Ces êtres vivants, les plus anciens (avec les archées) reconnus à ce jour, se trouvent partout là où il y a de la lumière et de l’eau liquide. On en compte 7500 espèces aujourd’hui, couvrant tous les coins et recoins de la planète, des sables du désert aux glaces polaires. Pour les étudier, Annick Wilmotte s’est engagée dans un apprentissage au long cours pour se faire à de nouveaux outils d’investigation de la biologie moléculaire. La taxonomie moléculaire fondée sur la caractérisation de séquences de gènes constitutifs de l’organisme révolutionne la biologie, au milieu des années 80. Annick Wilmotte saisit tout de suite l’importance de cette nouvelle approche et ne cessera d’acquérir des techniques « toujours plus moléculaires » au fil du temps pour identifier, classer, analyser l’évolution des cyanobactéries, leur écologie, et leur stratégie de survie. D’un travail de bénédictin, phase de débroussaillage incontournable pour tout chercheur rigoureux, l’angle de recherche s’est élargi pour intégrer des questions liées à la biodiversité, à la distribution géographique, au climat, aux changements environnementaux globaux.

« Sa » découverte de l’Antarctique, en 1996, y est pour beaucoup. Continent « sentinelle » et « mémoire » de l’évolution, à la fois acteur et victime des changements climatiques, le pôle Sud a échappé aux affirmations nationalistes et géopolitiques. Ce laboratoire sans murs et sans frontières pour les chercheurs du monde entier, qui doivent, en vertu du Traité Antarctique, y travailler ensemble et en pleine transparence, est fascinant. Annick Wimotte est subjuguée, pas uniquement par la beauté des paysages : les microorganismes s’y trouvent dans des conditions exceptionnelles, sans plantes, sans animaux, à l’instar de ce qui s’est passé dans le précambrien, « âge d’or » des cyanobactéries.

Annick Wilmotte ne cache pas sa nature enthousiaste et fait preuve, sous une allure discrète, d’une capacité d’initiative et d’une opiniâtreté assez rare qui lui valent de s’imposer, en moins de dix ans, parmi les représentants marquants de la Belgique, dans la recherche polaire internationale. Projets belges et européens, elle met tout en œuvre pour stimuler la recherche et les collaborations en Belgique. Elle prend part aux travaux de la Base belge Princess Elisabeth, grande aventure scientifique, interuniversitaire et humaine. En 2004, elle coordonne une action de support de la Politique Scientifique Fédérale pour créer une plateforme polaire belge avec ses collègues d’autres disciplines, flamands et francophones, « BE-Pôles » (http://www.belspo.be/belspo/BePoles/index_en.stm). Le but est de permettre aux chercheurs belges de se rencontrer et de partager leurs expertises.

Forte de ses connaissances sur l’Antarctique et de ses réseaux scientifiques, Annick Wilmotte a proposé au Collège Belgique de coordonner un cycle consacré à ce continent exceptionnel. Il prendra la forme d’une session spéciale, intitulée « L’Antarctique dans tous ses états », sous la responsabilité académique du professeur André Berger. Elle se déroulera à Namur, à partir du 20 septembre, à raison de deux leçons par semaine, les mardi et mercredis à 17 h., jusqu’au 18 octobre. Gageons que ces conférences nous aideront à mieux comprendre ce continent encore empreint de mystères, témoin de l’étonnante résilience de la vie.

Annick Wilmotte, par quels détours êtes-vous arrivée aux cyanobactéries, car on imagine mal qu’il s’agisse d’un rêve forgé dans l’enfance ?

Deux passions vont m’y conduire indirectement. La première, c’est l’amour des fleurs et des plantes depuis mon plus jeune âge qui m’aiguille vers la botanique à l’université, après une hésitation pour la pharmacie et l’étude des plantes médicinales. La seconde, la plongée sous-marine, émerge dans ma vie au cours d’un stage à la station océanographique de l’université de Liège, à Stareso en Corse. Dès lors, je n’ai qu’une idée : consacrer mon mémoire de licence au milieu marin, vœu qui n’est réalisable, à cette époque, qu’en algologie. Mon promoteur, Vincent Demoulin, m’oriente vers les cyanophycées ou cyanobactéries que je vais utiliser comme indicatrices de pollution dans une étude écologique. Stareso est proche de Calvi, dont les égouts se déversent dans la mer, mais aussi de sites naturels battus par les eaux, permettant aux chercheurs d’examiner les micro-organismes dans des contextes contrastés, avec ou sans pollution. La prolifération des cyanobactéries est favorisée par les nitrates et phosphates, comme on le constate aujourd’hui pour les algues vertes sur les plages bretonnes.

Très rapidement, vous mesurez les limites de la microscopie et le besoin de techniques nouvelles pour faire un travail d’identification fiable.

En effet, au moment où je termine ma licence, en 1982, une technique vient d’être mise au point pour définir les espèces bactériennes et qui n’est pas encore utilisée pour les cyanobactéries. Je décroche une bourse de la Communauté française (du CGRI) pour me rendre à l’Université de Groningen, aux Pays-Bas et y acquérir cette méthode d’hybridation moléculaire ADN-ADN. De retour à l’ULg en octobre 1983, je poursuis mes travaux sur les cyanobactéries, dans le département de botanique avec les professeurs Lambinon et Demoulin. En combinant approches morphologique et moléculaires, j’étudie taxonomiquement et écologiquement un groupe de cyanobactéries marines dont la classification est problématique et assez faciles à mettre en culture. Pendant six ans, je vais les isoler, les purifier, les caractériser par leur morphologie et par leur « code-barre » génétique. À la faveur d’un séjour de deux mois aux États-Unis en 1987, grâce à une bourse du FNRS, j’ai pu apprendre une nouvelle technique, à Indiana University chez le professeur Norman Pace, la méthode de séquençage direct de l’ARN ribosomique 16S. C’est une séquence de gène qui reflète bien l’histoire de l’évolution des organismes vivants. Sur base de cette molécule, on peut d’ailleurs reconstruire un arbre de la vie, arbre à trois branches, et non à deux comme on le croyait jusque là, avec deux branches pour les procaryotes – les bactéries et les archées –, et une branche pour les eucaryotes, organismes à noyau (plantes, champignons, animaux et êtres humains). Cet outil taxonomique a véritablement révolutionné la biologie !

C’est l’époque où vous allez à la fois connaître la dure réalité de la carrière scientifique mais aussi ses opportunités et les vertus de la mobilité.

Oui, à plusieurs reprises, je suis confrontée à l’achèvement de mandat en l’absence de nouvel engagement. C’est le cas pour les deux dernières années de ma thèse que je termine en 1989 à Liège. Norman Pace m’avait mis au courant qu’un de ses collègues, le professeur De Wachter d’Anvers qui travaillait sur une autre molécule, vient de changer de cap pour se diriger aussi vers l’ARNr 16S. Je m’empresse de prendre contact avec lui et obtiens une des vingt bourses de mobilité qui viennent d’être créées cette année là pour des chercheurs qui changent d’universités au niveau ‘chargé de recherche FNRS’. C’est quasi un « miracle », l’ultime parade trouvée par un ministre pour compenser l’arrêt des transferts scientifiques entre les deux communautés du pays, avec financement du FNRS ou de NWO décidée par les instances gouvernementales !

Je vais passer trois années très fructueuses dans l’équipe de De Wachter à Anvers, consacrées à la détermination des séquences d’ARNr 16S de nouvelles souches de cyanobactéries. Les problèmes taxonomiques étaient colossaux. Il faut se rendre compte que nous partions de rien : à l’époque on disposait d’une trentaine de séquences, il y en a plus de 5000 pour l’heure. De plus, le séquençage était manuel à cette époque alors qu’il est aujourd’hui réalisé par des machines. J’ai pu travailler sur des souches intéressantes provenant de milieux divers. Je débroussaille, toujours sur le fil de la taxonomie et de l’évolution. Pour pouvoir rester dans mon laboratoire d’accueil, je passe aussi 9 mois à l’étude taxonomique de souches de champignons, toujours par clonage et séquençage des gènes.

Mon périple scientifique en Flandre n’est pas terminé. Je rencontre le professeur Max Mergeay qui a développé la génétique des bactéries des sols pollués par des métaux lourds, au centre nucléaire de Mol. Lors de la décision de sortir du SCKCEN tout ce qui n’était pas recherche nucléaire proprement dite, les deux communautés du pays n’ont pas suivi les mêmes orientations. Le service de Mergeay s’est donc retrouvé du côté flamand, dans le « Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO) ». Après sept mois de chômage mis à profit pour préparer un examen destiné à obtenir une bourse de l’Institut flamand de Recherche technologique, j’entre au VITO où je m’attelle à l’étude des interactions entre bactéries photosynthétiques et métaux lourds, en apprenant de nouvelles techniques (de clonages, de séquençage automatique et génétique des bactéries). Je travaille aussi sur les transferts de gènes entre bactéries du sol dans le cadre d’un projet européen.

Puis c’est à nouveau huit mois sans emploi ! Je tente ma chance pour participer à un cours prestigieux aux États-Unis sur la diversité microbienne et suis sélectionnée. Au retour, l’horizon s’éclaircit : ma demande de chercheur qualifié a été acceptée au FNRS, me voilà enfin, en 1996, titulaire d’un poste permanent et intégrée à l’ULg, où j’exerce toujours mon métier de chercheur (au « Centre d’Ingénierie des Protéines » depuis 2002).

1996 s’avère l’année de tous les changements pour vous, dont le moindre n’est certainement pas votre découverte de l’Antarctique.

C’est un collègue de Gand, Wim Vyverman, qui me fait faire les premiers pas dans cette direction en me sollicitant pour un projet – non retenu pourtant – sur le pôle Sud. L’été suivant, je me rends à Cambridge pour rencontrer Dom Hodgson, du « British Antarctic Survey » qui m’éclaire sur les atouts paysagers et scientifiques de ce continent. Le virus est inoculé et peu après mon retour en Belgique, je décide de répondre à un appel européen dans le domaine des biotechnologies, ayant repéré la possibilité de soumettre un projet axé sur les aspects « méthodes et biodiversité » et que je vais focaliser sur l’Antarctique. Mon modus operandi est d’avoir des partenaires couvrant ensemble tous les éléments de biodiversité, des experts de chaque groupe taxonomique et des entreprises qui font du criblage de microorganismes à des fins pharmaceutiques ou biotechnologiques. Elles seront trois dans le projet. « MICROMAT » est sélectionné et donnera lieu à des publications et des réunions régulières.

La dynamique est lancée : la participation ou la coordination de projets belges ou internationaux se feront désormais en continu !

Quelles orientations vont prendre vos recherches ?

Le raisonnement à la base de nos travaux est le suivant : il faut pouvoir identifier les organismes et connaître leurs relations, leur évolution pour ensuite étudier quels sont leurs « patrons » de distribution géographique.

On procède donc en deux temps, la phase de taxonomie, et puis celle de l’intérêt pour la biogéographie, qui étudie la répartition spatiale des êtres vivants. Cette recherche est fort avancée en ce qui concerne les plantes et les animaux ; pour ce qui est microscopique, nous en sommes aux débuts.

Les microorganismes prolifèrent et peuvent se disséminer partout et facilement. Pourtant, on trouve des espèces à certains endroits et pas dans d’autres. Des scientifiques en ont déduit qu’ils sont potentiellement partout mais que les conditions environnementales déterminent leur implantation. Un microbiologiste néerlandais, fin des années 30, a résumé ce point de vue par la formule « Tout est partout, mais l’environnement sélectionne ». Dans cette hypothèse, on devrait trouver les mêmes espèces à différents endroits de la Terre au contexte environnemental similaire. Et l’endémisme (micro-organismes limités à un lieu) selon cette lecture serait impossible.

La taxonomie moléculaire a bousculé nos visions traditionnelles. Elle a induit la création de bases de données de séquences provenant d’endroits et de biotopes variés, de plus en plus nourries par les apports des chercheurs. Elle est aussi aidée par les collections de cultures. On s’échange, entre scientifiques, des souches et des échantillons. Aujourd’hui, nos observations montrent qu’il y a, à la fois des taxons (espèces) cosmopolites et d’autres uniquement locaux.

Le projet « AMBIO » de la « Politique scientifique belge » s’inscrit dans cet axe de réflexion. Le laboratoire d’Écologie Aquatique et de Protistologie du professeur Wim Vyverman (Gand), la bactériologiste Anne Willems (Gand), Dominique Hodgson (R.-U.) et moi-même en sommes les partenaires. Nous avons rassemblé une centaine d’échantillons de tapis de micro-organismes qui poussent dans les lacs de tout le continent Antarctique avec pour objectif de tester les hypothèses de cosmopolitisme ou d’endémisme des algues, cyanobactéries et des bactéries. Nous avons obtenu des réponses contrastées selon le type d’organisme, par exemple, la distribution des eukaryotes semble davantage sous influence de l’environnement. Il apparait aussi qu’il y a un mélange d’espèces cosmopolites et d’autres potentiellement endémiques dans les tapis microbiens étudiés.

Un autre axe de recherche concerne les changements climatiques et les impacts anthropogéniques.

Oui et la mission Princesse Elisabeth porte notamment sur cette dimension. Mes travaux précédents portaient sur les lacs ; la Station est érigée sur un rocher. Je vais donc étudier un environnement terrestre très particulier, avec une température de l’air en permanence en dessous de zéro. L’eau s’y trouve sous forme de glace, situation âpre pour les organismes vivants qui ont besoin d’eau liquide.

Un phénomène extraordinaire se passe : les roches qui émergent de la glace (les nunataks) sont balayées par les vents et accumulent la chaleur du soleil d’été. Leur surface peut atteindre une température positive de 15-20°C, ce qui fait fondre la neige et la glace et permettent le développement de la vie autour d’elles. Il peut s’agir de biofims ou de croûtes. De plus, on trouve des cyanobactéries vivant à quelques millimètres sous la surface de rochers comme le quartz. Elles font preuve de stratégies de survie étonnantes. Ces écosystèmes froids dans les deux pôles sont très intéressants pour le chercheur et font méditer sur la force de la vie !

Quand on construit une nouvelle station au pôle Sud, on doit se soumettre, en vertu du Protocole de Protection Environnementale du Traité Antarctique, à une évaluation environnementale globale, avant et après l’utilisation de la station pour mesurer l’impact sur l’ensemble des organismes. Nous avons donc opéré des prélèvements successifs pour suivre les effets du fonctionnement de la station sur les microorganismes, mousses et lichens qui sont les seuls habitants permanents de cet endroit.

À plus long terme se posent des questions sur les changements climatiques, qui sont devenues une des priorités lors des discussions du Comité de Protection Environnemental du Traité Antarctique. Dans les régions où il y a des colonies de manchots, on assiste à des phénomènes de disparition ou de mobilité de populations, peut-être déjà sous l’effet de modifications climatiques. On craint aussi des conséquences sur les populations de krill qui sont à la base des chaînes alimentaires marines. L’étude d’un continent aux conditions environnementales à la limite de la survie devrait permettre de mesurer les effets de ces changements, soit en termes d’aggravation de ces conditions, soit en termes de nouvelles opportunités pour une expansion des microorganismes. D’où l’intérêt des scientifiques pour suivre les évolutions biogéographiques.

Vos propos attisent notre impatience à venir vous écouter, vous et vos collègues, lors de la session spéciale du Collège Belgique consacrée à l’Antarctique !

Son titre « L’Antarctique dans tous ses états » souligne bien la dimension multidisciplinaire du cycle et reflète aussi l’ancrage national de la recherche polaire en Belgique. Il y a aussi un pôle belge de biodiversité, reconnu mondialement, et qui au départ se limitait au milieu marin (SCAR-MARBIN) et s’est élargi à la biodiversité antarctique terrestre (ANTABIF).

La session s’ouvre, le mardi 20 septembre, sur une leçon océanologique le professeur Frank Dehairs (VUB) sur le rôle de l’Océan austral dans le cycle du carbone, une des régions océaniques où le pompage de CO2 est le plus actif mais qui subit néanmoins les conséquences des changements climatiques.

Les glaciologues Jean-Louis Tison et Frank Pattyn (ULB) parleront de la banquise et de la calotte glaciaire comme acteurs de la machinerie climatique.

Bruno Danis (ULB) montrera l’importance des réseaux d’information – portails internet et bases de données – pour comprendre et sauvegarder la biodiversité antarctique. Bart Van De Vijver (Jardin botanique national de Belgique) nous fera faire connaissance des les Sub-Antarctiques, moins extrêmes que le continent, mais avec une évolution et biodiversité particulières.

Je donnerai, avec Anne Willems (UG), une leçon sur l’Antarctique, un continent microbien en montrant la grande variété de stratégies de survie utilisées par les microorganismes et en proposant à nos auditeurs de suivre le travail des scientifiques qui identifient et classent les organismes et déterminent la biodiversité.

Avec Georges Kohnen (UMH), nous nous familiariserons avec l’astrophysique en Antarctique, dans le cadre de la recherche sur les neutrinos, particules issues de sources diverses comme les supernovas, le Big Bang,… et qui ne peuvent être facilement détectées car elles n’ont pas de charge. On a donc enfoui dans les glaces du pôle Sud un téléscope à neutrinos pour détecter ces particules furtives. Ensuite, Vinciane Debaille (ULB), donnera une leçon de géologie consacrée aux « météorites en Antarctique, archives de notre système solaire ».

La parole sera donnée aussi aux spécialistes de la modélisation et de la recherche prédictive avec un cours de Hugues Goosse (UCL) et Wim Vyverman (UG) sur la reconstruction des changements climatiques passés et sur les mécanismes qui gouvernent la dynamique du climat aux hautes latitudes de l’hémisphère Sud.

J’espère que nous ferons partager au public notre passion pour ce continent fascinant, exceptionnel par sa biodiversité, ses conditions géographiques et environnementales. C’est un continent « sentinelle », à la fois acteur, senseur et victime des changements climatiques globaux. Il nous oblige sans cesse à repousser les limites de nos connaissances sur les conditions où la vie peut se fixer et se développer. Il illustre l’extrême résistance et la créativité de la vie. C’est ainsi que les bactéries prennent d’assaut le moindre microhabitat, les algues et les invertébrés trouvent des zones-refuges pour passer à travers toutes les glaciations et les mutations climatiques.

Cette résilience de la vie force le scientifique, tout à la fois, à l’humilité et à l’enchantement !

Maud Sorède, août 2011.

Zoom

 

Top