Un microbe marin qui produit de l’oxygène en l’absence de lumière (vidéo)

Des archées impliquées dans le cycle marin de l’azote sont capables de produire de l’oxygène, nécessaire à leur fonctionnement, dans des milieux qui en sont dépourvus, même sans lumière.

Vital pour de très nombreux organismes, l’oxygène n’a pas toujours été abondant dans l’atmosphère terrestre. Celui que nous respirons aujourd’hui est le résultat d’un peu plus de 2 milliards d’années de photosynthèse, effectuée par les cyanobactéries d’abord, puis par les algues et les plantes. Au cœur de ce mécanisme naturel se trouve un élément clé : la lumière solaire.

Pourtant, Beate Kraft, de l’université du Danemark du Sud, et ses collègues ont récemment découvert qu’un microorganisme marin, Nitrosopumilus maritimus, est capable de produire de l’oxygène lorsqu’il se retrouve dans un environnement qui en est dépourvu, et ce sans lumière.

Les océans regorgent de microorganismes divers. Parmi eux, les archées oxydant l’ammoniac (AOA) sont parmi les plus abondants – jusqu’à 30 % de la biomasse microbienne – et jouent un rôle majeur dans le cycle marin de l’azote. Ils alimentent leur métabolisme en énergie en oxydant l’ammoniac (NH3) en nitrite (NO2 –), la source principale d’azote en mer. Un tel processus a besoin d’oxygène.

Pourtant, l’une des espèces d’archées qui le mènent à bien, N. maritimus, est souvent trouvée dans des habitats anoxiques, c’est-à-dire très pauvres ou dépourvus d’oxygène. Ces microorganismes peuvent vivre, dans les profondeurs océaniques, où la lumière du soleil ne parvient pas.

Pour mieux comprendre le fonctionnement de ces organismes dans un milieu si peu propice, les biologistes ont prélevé des échantillons qu’ils ont placés dans une eau riche en oxygène. Une fois celui-ci totalement consommé par les archées, ils ont remarqué que son abondance augmentait de nouveau, grâce à des capteurs capables de détecter des concentrations très faibles de gaz.

Les archées produisaient donc leur propre oxygène – à partir de monoxyde d’azote (NO) lui-même vraisemblablement issu de nitrites (NO2 –) dans le cycle de l’azote, estiment Beate Kraft et ses collègues, qui aspirent lors d’une prochaine étude à élucider l’origine des différents acteurs de ce mécanisme. Cette capacité leur permet de se fournir en oxygène nécessaire à leur métabolisme énergétique.

Ainsi, même dans des conditions a priori peu propices, ces archées continuent de contribuer au cycle mondial de l’azote. Celui-ci est aussi important que le cycle du carbone ou de la photosynthèse, car il garantit le renouvellement des sources d’azote.

Or cet atome est présent dans de nombreuses molécules constitutives du vivant, tels que les acides aminés, qui composent les protéines, ou encore les bases nucléiques – les briques fondamentales de l’ADN.

Il existe d’autres microorganismes capables de produire de l’oxygène sans lumière, mais ils vivent dans des environnements très limités et en populations réduites. Nitrosopumilus maritimus, en revanche, est si répandue que, dans un seau d’eau de mer, elle représente un cinquième des cellules observées.

Du reste, le mécanisme qu’elle emploie pour produire cet oxygène est inédit et ne correspond à aucun autre modèle connu à ce jour. L’importance des archées oxydant l’ammoniac était bien connue, mais un tel mécanisme sous-jacent n’était pas soupçonné jusqu’à cette découverte.

Les chercheurs vont à présent s’atteler à déterminer la récurrence d’une telle capacité autour du globe, afin d’approfondir leur compréhension du cycle marin de l’azote.

(Source : Science)

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