La découverte d’une extraordinaire symbiose marine résout l’un des grands mystères de l’océan

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La découverte d’une extraordinaire symbiose marine résout l’un des grands mystères de l’océan

C’était l’un des grands mystères que cherchaient encore les biologistes marins : comment, en dehors des régions océaniques riches en cyanobactéries, les plantes marines obtiennent-elles de l’azote sous une forme qu’elles sont capables d’assimiler ?

Il a fallu une grande expédition océanographique depuis les côtes allemandes jusqu’aux zones tropicales de l’Atlantique Nord, et quatre années d’analyses ADN, pour résoudre l’énigme. La réponse, révélée dans une étude publiée par la revue Nature (9 mai 2024), tient en un mot : symbiose.

Cette association très intime entre deux êtres vivants a façonné la planète telle que nous la connaissons aujourd’hui, depuis les récifs coralliens (symbiose entre corail et algues zooxanthelles) jusqu’aux mycorhizes, cette fine dentelle qui donne vie à nos sols. (symbiose entre champignons et racines de plantes). Et trouve maintenant une nouvelle illustration.

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“Travail de détective”

Quittant les côtes allemandes à bord de deux navires en direction des tropiques en 2020, l’équipe dirigée par des chercheurs de l’Institut Max Planck de microbiologie marine a collecté plusieurs centaines de litres d’eau de mer. Dans cet échantillon massif, il leur a fallu d’abord identifier le gène codant pour une enzyme impliquée dans la fixation biologique de l’azote, puis reconstruire étape par étape le reste du génome de l’organisme inconnu qui s’est révélé capable de réaliser cette transformation chimique.

“C’était un travail de détective long et minutieux.”confie Bernhard Tschitschko, premier auteur de l’étude et expert en bioinformatique (communiqué de presse), « Mais finalement, le génome a résolu de nombreux mystères. Nous savions que le gène de la nitrogénase provenait d’une bactérie apparentée au (genre) Vibrio, mais contre toute attente, l’organisme lui-même était étroitement apparenté à la (bactérie) Rhizobia qui vit en symbiose avec les légumineuses

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En effet, sur la terre ferme, les bactéries du genre Rhizobium se retrouvent en symbiose avec les racines des légumineuses, comme le haricot ou le pois, au niveau de petites renflements appelés « nodules ». En échange d’azote assimilable par ses propres cellules, la plante fournit à son minuscule symbiote de l’énergie ainsi qu’un environnement pauvre en oxygène, propice à son activité.

Mais dans l’océan, quel hôte pourrait héberger ces précieux fixateurs d’azote ? Grâce au marquage fluorescent appliqué à ces bactéries, les auteurs de l’étude ont découvert qu’elles se nichaient à l’intérieur de diatomées – des algues microscopiques entrant dans la composition du plancton. Selon eux, c’est le “première symbiose connue entre une diatomée et un fixateur d’azote autre qu’une cyanobactérie.”

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Les premières étapes d’une fusion ?

La bactérie symbiotique, qui a reçu le nom (provisoire) de Candidatus Tectiglobus diatomicolareçoit du carbone des algues en échange d’une forme d’azote qui peut être assimilée par celles-ci… et pas qu’un peu en fait !

« Pour soutenir la croissance de la diatomée, la bactérie fixe 100 fois plus d’azote qu’elle n’en a besoin pour elle-même »explique Wiebke Mohr, co-auteur de l’étude.

En reprenant la mer, les scientifiques ont repéré cette nouvelle symbiose un peu partout dans le monde, notamment dans les zones pauvres en cyanobactéries. Ce qui tend à confirmer le rôle crucial joué par cette alliance intime dans le fonctionnement de l’écosystème marin, qui absorbe la moitié du dioxyde de carbone émis par les activités humaines, limitant ainsi en partie le réchauffement climatique.

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Par ailleurs, les auteurs notent que cette symbiose bactéries-diatomées pourrait constituer le stade précoce d’une fusion entre deux organismes pour n’en former qu’un seul, le plus petit étant amené à devenir un simple organite, ou compartiment cellulaire, au sein du plus grand. Un processus qui s’est déjà produit au cours de l’évolution, donnant naissance aux mitochondries, les « usines énergétiques » de nos cellules, ainsi qu’aux chloroplastes, sites de la photosynthèse des plantes.

 
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