Astrobiology · Vol. 26 (2)DSVT — Dir. des Sciences du Vivant et des TechnologiesAccès ouvertSoumis 14 oct. 2025 · Accepté 03 fév. 2026
Croissance et adaptation métabolique de microorganismes extrêmophiles en conditions martiennes simulées : résultats de la campagne MARSLAB-IV (560 jours, enceinte HADES-2)
Trois espèces — Deinococcus radiodurans, Chroococcidiopsis thermalis et une souche
haloacidophile inédite (Ferroacidus ifrasensis nov. sp.) — ont maintenu une activité
métabolique mesurable pendant 560 jours continus sous pression de CO₂ de 600 Pa,
UV martiens, cycles thermiques −63 °C / +20 °C et régolithe perchlorate simulé.
Dr. Solène GarnierDSVT · Astrobiologie & Extrêmophiles
Dr. Matthieu ProstDSVT · Physiologie microbienne
Prof. Yuki TanakaDSVT / JAXA — Géochimie planétaire
Ibrahim Al-RashidDSVT · Doctorant, métabolomique
Dr. Claire NovakESA / ESTEC — Planétologie
DOI10.1089/ast.2025.0218
|
Réf. interneIFRAS-DSVT-2026-003
|
DonnéesZenodo : 10.5281/zenodo.14882041
Résumé — Abstract
Nous rapportons la première démonstration expérimentale de croissance microbienne active
— et non de simple survie — dans un environnement reproduisant simultanément
six paramètres de la surface martienne : pression de CO₂ (600 Pa), flux UV-C/UV-B
équivalents à la surface de Mars, cycles thermiques quotidiens (−63 °C / +20 °C),
teneur en perchlorates du régolithe (0,6 % w/w MgClO₄), teneur en sel (NaCl 8 % w/v)
et taux d'humidité relative de 2 %. Sur les sept espèces testées, trois ont
maintenu une croissance nette mesurée par spectrométrie de masse isotopique (¹³C-acétate)
et fluorescence DAPI pendant 560 jours dans l'enceinte HADES-2. La souche
Ferroacidus ifrasensis nov. sp., isolée de sources hydrothermales acides des Açores,
présente la résistance la plus large avec un doublement cellulaire toutes les 72 heures
dans les conditions les plus sévères. Ces résultats élargissent significativement les
limites connues de l'habitabilité microbienne et ont des implications directes pour
la politique de protection planétaire des missions martiennes.
1. Pourquoi Mars est (presque) inhabitable — et pourquoi « presque »
La surface de Mars cumule des conditions hostiles à la vie telle que nous la connaissons :
une pression atmosphérique 160 fois inférieure à celle de la Terre, une composition
essentiellement carbonique, des températures extrêmes, un flux ultraviolet non filtré
et la présence de perchlorates fortement oxydants dans le régolithe [1, 2]. Pourtant,
aucun de ces facteurs pris isolément ne dépasse les limites connues pour les microorganismes
extrêmophiles terrestres. C'est leur combinaison simultanée et prolongée qui n'avait jamais
été testée à ce jour dans une enceinte de laboratoire reproduisant l'intégralité du profil
martien.
Pression totale
600 Pa
↑ Terre : 101 325 Pa
✓ Simulé dans HADES-2
Composition atmosphère
95 % CO₂
↑ Terre : 78 % N₂ / 21 % O₂
✓ Mélange injecté continu
Température (cycle/jour)
−63 °C → +20 °C
↑ Terre : +15 °C moy.
✓ Rampe 2 °C·min⁻¹ programmée
Flux UV (200–400 nm)
50 W·m⁻²
↑ Terre : ~3 W·m⁻² (UV-A/B)
✓ Lampe Xe + filtres calibrés
Perchlorates régolithe
0,6 % w/w MgClO₄
↑ Terre : traces (< 0,001 %)
✓ JSC Mars-1A + MgClO₄ pur
Humidité relative
< 2 %
↑ Terre : ~50–80 %
✓ Contrôle hygromètre ±0,3 %
L'enceinte HADES-2 (Hostile Atmosphere & Desiccation Experimental Simulator, génération 2),
développée par la DSVT entre 2021 et 2023, est la première installation capable de maintenir
simultanément ces six paramètres de façon stable sur plus d'un an. Son volume utile de
180 litres accueille jusqu'à 48 coupoles de culture indépendantes, chacune instrumentée
pour mesure en continu la pression partielle de CO₂ produit (capteur NDIR, seuil 0,1 ppm),
la fluorescence cellulaire et la température locale.
2. Les sept espèces candidates
La sélection des espèces candidates repose sur la base de données MASE (Mars Analogues
for Space Exploration) et sur les résultats de la campagne MARSLAB-III (2022, 180 jours) [3].
Sept espèces ont été retenues selon trois critères : tolérance documentée à au moins
deux des six paramètres martiens, appartenance à des phylums différents (diversité
phylogénétique), et disponibilité de souches de collection bien caractérisées ou
d'isolats de terrain récents.
Firmicutes · Bactérie
Deinococcus radiodurans R1 (ATCC 13939)
Référence mondiale de la résistance aux radiations ionisantes (jusqu'à 1,5 MGy)
et aux UV. Capable de réparer son ADN fragmenté en quelques heures grâce à
un système de recombinaison homologue exceptionnel [4].
Testée ici pour la première fois sous régolithe perchlorate martien.
Radio-résistanteDessiccation−15 °C min
● Croissance activejusqu'à J+560
Cyanobactérie
Chroococcidiopsis thermalis CCMEE 029
Cyanobactérie unicellulaire considérée comme l'organisme photosynthétique le
plus résistant au monde. Isolée de roches cryptoendolithiques dans le désert
de Negev. Capable de photosynthèse sous flux lumineux 1 000× inférieur au
plein soleil terrestre [5].
Photosynthèse extrêmeEndolithiqueUV-tolérant
● Croissance activejusqu'à J+560 (ralentie à partir J+420)
Souche inédite isolée de sources hydrothermales acides de l'île de Faial (Açores)
en 2023 par l'équipe DSVT. Croît à pH 0,8–2,2, 55–72 °C, en présence de
Fe³⁺ comme accepteur d'électrons terminal. Sa tolérance aux perchlorates
était inconnue avant cette étude.
pH 0,8–2,2ThermophileChimioautotropheNouvelle espèce ★
● Croissance activedoublement toutes 72 h — meilleure performance
Bactérie halophile
Halobacterium salinarum NRC-1 (ATCC 700922)
Archée halophile extrême (NaCl optimal 4,3 M), bien documentée pour sa
résistance aux UV et aux radiations. Ses photorécepteurs (bactériorhodopsine)
lui permettent une production d'énergie indépendante de l'oxygène [6].
Sensible aux températures < −20 °C.
Les trois autres espèces testées — Sulfolobus acidocaldarius, Psychrobacter arcticus
et Bacillus subtilis 168 — n'ont pas maintenu de croissance active au-delà de J+30 dans
les conditions de pleine simulation. Leurs données (survie résiduelle, déclin métabolique)
sont publiées en données supplémentaires (Zenodo 10.5281/zenodo.14882041).
3. Protocole expérimental
Chaque espèce est cultivée en triplicat dans des coupoles de 500 mL contenant le régolithe
simulé JSC Mars-1A enrichi en MgClO₄ (0,6 % w/w) et en NaCl (8 % w/v), humidifié
à 2 % HR. Les coupoles sont exposées au flux UV calibré par photodiode de référence
(incertitude ±3 %) 12 heures sur 24, en synchronie avec le cycle thermique.
La croissance est mesurée par trois méthodes indépendantes et complémentaires.
Tableau 1 — Méthodes de mesure de la croissance et fréquence d'acquisition
Méthode
Paramètre mesuré
Fréquence
Seuil de détection
Indépendance UV
Spectrométrie de masse isotopique (¹³C-acétate)
Fixation carbone active
Hebdomadaire
0,01 fmol·cell⁻¹·h⁻¹
Oui
Fluorescence DAPI / SYBR Green I
Comptage cellulaire direct
Bi-hebdomadaire
10² cells·mL⁻¹
Oui (filtres)
Capteur NDIR CO₂ produit
Respiration / photosynthèse
Continu (1 min)
0,1 ppm CO₂
Oui
ATP-luciférase (bioluminescence)
Activité métabolique globale
Mensuelle
10 amol ATP
Partielle
Séquençage ARNr 16S / 18S
Diversité et intégrité génomique
J0, J90, J280, J560
1 cellule (PCR)
Oui
La redondance des méthodes est intentionnelle : elle permet d'exclure les artefacts liés au flux UV
intense (photolyse de certains fluorophores) et aux interférences chimiques des perchlorates sur l'ATP-luciférase.
Toutes les mesures sont réalisées en chambre stérile sous atmosphère N₂ pour éviter la recontamination.
4. Résultats
La figure 1 présente les courbes de croissance cellulaire (densité normalisée à J0 = 1,0)
sur 560 jours pour les trois espèces positives et H. salinarum (contrôle partiel).
Les données sont la moyenne des triplicats ; les barres d'erreur (±1 ET) sont visibles
uniquement aux points de mesure bihebdomadaires pour la lisibilité.
Densité cellulaire normalisée (N/N₀) sur 560 jours — conditions martiennes complètes (HADES-2)
F. ifrasensis
D. radiodurans
C. thermalis
H. salinarum (déclin)
Figure 1
Densité cellulaire normalisée (N/N₀, J0 = 1,0) sur 560 jours en conditions martiennes complètes (HADES-2).
F. ifrasensis (jaune) atteint un facteur ×7,2 à J560.
D. radiodurans (vert) et C. thermalis (bleu, pointillé) maintiennent une croissance positive.
H. salinarum (rouge, translucide) montre un déclin progressif et cesse toute activité à J148.
Barres d'erreur ±1 ET (triplicats) ; visibles aux points de mesure bi-hebdomadaires.
Axe Y : échelle linéaire, N/N₀ = 1 correspond à la densité cellulaire initiale.
Chronologie des observations majeures
J0
Démarrage
Inoculation des 7 espèces — enceinte HADES-2 mise en conditions
Toutes les espèces présentent une activité ¹³C-acétate mesurable à J0.
Densité cellulaire initiale normalisée à 1,0 × 10⁶ cells·mL⁻¹ pour toutes les souches.
J14
Semaine 2
Perte des 3 espèces sensibles — signal résiduel uniquement
S. acidocaldarius, P. arcticus et B. subtilis 168
chutent sous le seuil de détection DAPI (< 10² cells·mL⁻¹). Pas de signal ¹³C-acétate.
Confirmation par PCR 16S à J30.
J90
3 mois
Première divergence entre les espèces positives — F. ifrasensis en tête
F. ifrasensis montre déjà un facteur ×1,4 à J90.
Séquençage ARNr 16S confirme l'intégrité génomique des trois souches actives.
Aucune contamination croisée détectée.
J148
5 mois
H. salinarum — arrêt de croissance et entrée en sporulation
Le signal ATP-luciférase chute de 94 % en 72 heures.
Observation microscopique de vésicules de gaz caractéristiques de la dormance chez les Halobactériaceae.
La souche est maintenue dans l'enceinte pour suivi de la survie résiduelle.
J280
9 mois
Deuxième séquençage — première détection d'adaptations génomiques chez F. ifrasensis
Comparaison J0 vs J280 par séquençage Illumina Nova Seq 6000 :
14 SNP identifiés, dont 4 dans des gènes impliqués dans la réparation des dommages
à l'ADN par UV (uvrABC operon). Interprétation : pression de sélection active
par le flux UV martien.
J420
14 mois
C. thermalis — ralentissement photosynthétique détecté
Le signal CO₂ net (photosynthèse − respiration) passe en dessous de
0 deux jours sur sept à partir de J420, suggérant que la productivité photosynthétique
n'excède plus les pertes respiratoires sous flux UV intense. La population reste
viable (DAPI positif) mais ne croît plus nettement.
J560
Fin essai
Fin de la campagne MARSLAB-IV — bilan positif pour 3 espèces
F. ifrasensis ×7,2, D. radiodurans ×3,8, C. thermalis ×3,2 (en décélération).
Les cultures sont maintenues vivantes pour la campagne MARSLAB-V (2027, 840 jours prévus).
🔬Fig. 2 — Microscopie à fluorescence DAPI de F. ifrasensis à J560 (attendue)
Comparaison J0 (gauche) et J560 (droite) — coloration DAPI (noyaux bleus) + SYBR Green I (membranes vertes).
Grossissement × 1 000. Densité cellulaire mesurée : 7,2 × 10⁶ cells·mL⁻¹ à J560.
IFRAS DSVT — Plateforme imagerie cellulaire, jan. 2026.
Figure 2
Microscopie à fluorescence de F. ifrasensis nov. sp. à J0 (gauche) et J560 (droite),
double marquage DAPI / SYBR Green I, grossissement × 1 000 (objectif à immersion).
À J560, la densité cellulaire est 7,2 fois supérieure à J0.
La morphologie cellulaire (bacilles courts, 0,8–1,2 µm × 1,5–2,2 µm) est conservée,
sans formation de biofilm ni aggrégats, ce qui indique une croissance planctonique
active plutôt qu'une réponse de stress communautaire.
5. Discussion et implications
5.1 Ce que signifie « croissance » dans ce contexte
Il est important de distinguer survie passive et croissance active. De nombreuses études
antérieures ont démontré que des spores bactériennes peuvent survivre à des paramètres
martiens isolés sur de longues durées [7, 8]. La nouveauté de nos résultats tient à la
démonstration, par trois méthodes indépendantes, d'une fixation de carbone active (signal
¹³C-acétate positif), d'une division cellulaire (augmentation DAPI) et d'une
productivité métabolique nette (ATP-luciférase), et ce simultanément sous les six
paramètres martiens combinés.
La croissance de F. ifrasensis (doublement toutes 72 h) dans ces conditions
est particulièrement remarquable : son taux de croissance en conditions martiennes
représente environ 18 % de son taux optimal en laboratoire (doublement toutes 13 h à
pH 1,5, 62 °C, Fe³⁺ 10 mM). Ce rapport est comparable au ratio observé chez
D. radiodurans sous irradiation maximale [4].
5.2 Adaptations observées et évolution en temps réel
Les 14 SNP identifiés chez F. ifrasensis entre J0 et J280 constituent,
à notre connaissance, la première observation directe d'adaptation génomique
sous conditions martiennes simulées complètes. Quatre SNP localisés dans
l'opéron uvrABC — impliqué dans la réparation par excision de nucléotides (NER)
des lésions UV — suggèrent une pression de sélection directe exercée par le flux
UV-C martien. Des études de mutagenèse dirigée sont en cours pour confirmer
l'avantage sélectif conféré par ces variants.
Le ralentissement observé chez C. thermalis après J420 soulève une question
d'ordre pratique pour les modèles d'habitabilité : même les organismes les plus
résistants aux UV peuvent atteindre un seuil de saturation des mécanismes de réparation
sous flux UV-C intense et continu. Ce seuil n'est pas une limite absolue mais une
limite contextuelle dépendant de la disponibilité des substrats carbonés et azotés.
5.3 Implications pour la protection planétaire
Ces résultats ont des conséquences directes pour la politique de protection planétaire
des missions martiennes (COSPAR catégories IV et V). La démonstration que des
microorganismes terrestres peuvent non seulement survivre mais croître sous des
conditions martiennes réalistes renforce l'exigence de stérilisation des équipements
de surface au niveau DHMR (Dry Heat Microbial Reduction, 125 °C / 5 h) ou supérieur,
en particulier pour les engins équipés de systèmes de forage ou d'analyse de sub-surface [9].
Nous recommandons que la prochaine révision des politiques COSPAR (prévue 2027)
intègre explicitement les espèces chimioautotrophes haloacidophiles — largement
absentes des travaux antérieurs qui se concentraient sur les espores de
Bacillus — dans les protocoles d'évaluation de risque de contamination avant vol.
Références bibliographiques
Grotzinger J.P. et al. — A habitable fluvio-lacustrine environment at Yellowknife Bay, Gale Crater, Mars — 2014
Hecht M.H. et al. — Detection of perchlorate and the soluble chemistry of martian soil at the Phoenix lander site — 2009
Selbmann L. et al. — Resistance of Antarctic black fungi and cryptoendolithic communities to simulated space and Martian conditions — 2015
Mattimore V. & Battista J.R. — Radioresistance of Deinococcus radiodurans : functions necessary to survive ionizing radiation are also necessary to survive prolonged desiccation — 1996
Billi D. et al. — Dried biofilms of desert strains of Chroococcidiopsis survived 2 years of exposure to low Earth orbit in the EXPOSE-R2 experiment — 2019
Rothschild L.J. & Mancinelli R.L. — Life in extreme environments — 2001
Nicholson W.L. et al. — Resistance of Bacillus endospores to extreme terrestrial and extraterrestrial environments — 2000
Verseux C. et al. — Sustainable life support on Mars — the potential roles of microorganisms — 2016
COSPAR — COSPAR Policy on Planetary Protection — 2020
Conflits d'intérêts : Aucun. Dr. C. Novak contribue à titre personnel et n'engage pas la position de l'ESA. —
Financement : ANR-22-ASTR-0031 « EXTREMARS » ; soutien CNES programme astrobiologie 2024. —
Dépôt souche :Ferroacidus ifrasensis nov. sp. déposée à la Deutsche Sammlung von Mikroorganismen (DSM 118504) et à la Collection de l'Institut Pasteur (CIP 111.23). —
Données brutes : Zenodo 10.5281/zenodo.14882041 (licences CC-BY 4.0). —
Contributions : S.G. : direction, conception MARSLAB-IV, analyses métabolomiques ; M.P. : physiologie, DAPI, ATP ; Y.T. : géochimie régolithe simulé ; I.A.-R. : séquençage, bioinformatique ; C.N. : interprétation protection planétaire.
