Repenser l’étude du vivant pour comprendre la planète

Des molécules aux écosystèmes : changer de perspective

Depuis plus de quatre milliards d’années, les micro-organismes se diversifient et se complexifient tout en transformant la planète. Ce monde invisible comprend les procaryotes, dont les cellules sont dépourvues de noyau, les micro-eucaryotes, organismes microscopiques dont les cellules possèdent un noyau, ainsi que les virus. Ils modifient la chimie de l’atmosphère, des océans et des sols et jouent un rôle central dans les grands cycles biogéochimiques, comme ceux du carbone ou de l’azote, qui correspondent à la circulation et à la transformation de ces éléments entre les êtres vivants et leur environnement.
Pourtant, les concepts et les méthodes de l’écologie et de la biologie ont été construits à partir de l’étude des macro-organismes, principalement les animaux et les végétaux terrestres, et de quelques organismes modèles. Dans leur article publié dans Cell, les scientifiques proposent de changer de perspective avec la PMSB, une « biologie des systèmes microbiens à l’échelle planétaire ».
Cette approche prend pour unités d’analyse les molécules et les cellules au sein d’un continuum de microbiomes : les communautés microbiennes et leurs milieux de vie sont envisagés dans leurs connexions à travers les océans, les sédiments, les sols, l’atmosphère et les macro-organismes qui les hébergent.
Il s’agit d’abord d’explorer, à travers les biomes, les grands ensembles écologiques caractérisés par leurs conditions environnementales et leurs formes de vie, les gènes, les molécules, les cellules et les comportements collectifs qui les relient entre eux et à leur environnement. L’objectif est ensuite de comprendre les mécanismes biologiques à l’œuvre à l’échelle planétaire et de prédire leurs réactions aux changements environnementaux, qu’ils soient naturels ou dus aux activités humaines.

Une première démonstration à l’échelle européenne

En pratique, la PMSB combine la biologie moléculaire et cellulaire, les approches multi-omiques, l’intelligence artificielle et la modélisation prédictive, ainsi que les observations de terrain et l’expérimentation. Les approches multi-omiques permettent d’étudier conjointement plusieurs composantes du vivant, comme l’ADN, les ARN, les protéines et les petites molécules produites par les cellules. La modélisation prédictive utilise ces connaissances et ces données pour anticiper le comportement des systèmes étudiés. L’ensemble repose sur des données ouvertes et standardisées, partagées à l’échelle mondiale.

Cette approche fait toutefois face à plusieurs formes de fragmentation, d’ordre conceptuel, scientifique, technologique, logistique et politique, qui constituent autant de barrières à la biologie planétaire.
L’équipe présente également l’initiative TREC (Traversing european coastlines), qui constitue l’une des premières mises en œuvre de cette vision. Elle intègre observations de terrain, expérimentation et modélisation pour comprendre l’organisation et la dynamique du vivant à l’interface entre la terre et la mer.

Menée de la Finlande à la Grèce avec plus de 90 institutions de 30 pays, l’expédition commune TREC/Tara Europa a exploré 115 transects terre-mer, des parcours le long desquels les prélèvements relient les milieux terrestres aux milieux marins. Elle a permis la collecte de plus de 70 000 échantillons selon des protocoles standardisés, couvrant les échelles moléculaires, cellulaire et écologique.
En fédérant biologie, sciences de la Terre, écologie et sciences des données, TREC offre ainsi un cadre inédit pour quantifier les effets des pressions anthropiques, c’est-à-dire liées aux activités humaines, sur les écosystèmes. Elle vise également à décrypter la dynamique de la biodiversité microbienne et à développer une compréhension mécanistique et prédictive du fonctionnement du continuum terrestre, côtier et marin : comprendre les mécanismes en jeu pour mieux anticiper leur évolution.

Une coordination internationale pour surveiller, protéger et restaurer

La mise en œuvre de la PMSB exige une coordination scientifique internationale, fondée sur des laboratoires mobiles, des infrastructures expérimentales de type écotron et des réseaux fédérés permettant d’harmoniser les protocoles et de partager les données. Les écotrons sont des dispositifs dans lesquels des écosystèmes peuvent être étudiés en contrôlant les conditions environnementales, comme la température, l’humidité ou la composition de l’atmosphère. Un tel dispositif doit s’appuyer sur des programmes et des financements de long terme, ouverts et équitables.
En retour, une compréhension prédictive des systèmes microbiens permettra de mieux surveiller, protéger et restaurer les écosystèmes, notamment face au changement climatique. Elle pourra contribuer au développement de nouveaux bioindicateurs (des caractéristiques biologiques renseignant sur l’état d’un milieu) et de stratégies de bioremédiation, qui utilisent les capacités du vivant pour réduire ou éliminer des polluants, qui intègrent la complexité du vivant.
La PMSB pourrait ainsi placer les cellules au cœur de notre compréhension du fonctionnement de la Terre et des stratégies visant à préserver durablement ses équilibres.
 

Figure : Pour ouvrir la voie de la biologie planétaire, l'expédition TREC/Tara Europa a réalisé une exploration multi-omics d'écosystèmes très contrastés (sols, sédiments, aérosols, eaux) et pourtant interconnectés sur 115 gradients terre-mer le long des côtes européennes. Le déploiement concomitant de laboratoires mobiles à terre et en mer (avec la goélette Tara), ainsi que la collaboration avec les laboratoires marins des 30 pays traversés, a permis une mesure des microbiomes transnationale, trans-biome, et à travers les échelles biologiques, spatiales, temporelles, et des gradients environnementaux naturels et anthropogéniques.

En savoir plus : Peer Bork, Chris Bowler, Leho Tedersoo, Michael Kuhn, TREC Consortium Coordinators, Samuel Abiven, Colomban de Vargas, and Paola Y. Bertucci - Toward planetary microbial systems biology
Cell, 29 octobre 2026  DOI: 10.1016/j.cell.2026.09.019