Chimiotrophie
Lachimiotrophieest un destypes trophiquescaractérisant le mode de nutrition desorganismes vivants.
On parle dechimiotrophiepour les organismes qui trouvent l'énergie nécessaire au développement de leurs cellules sans utiliser celle de la lumière duSoleil(ou d'une source artificielle). Il désigne de manière ambiguë les métabolismes à source d'énergie chimique inorganique. L’ambiguïté vient de ce que le préfixe chimio- désigne la nature chimique de la source d'énergie, le plus souvent organique, comme chez les Animaux. Ce métabolisme chimio(inorga) est connu depuis leXIXesiècle chez certaines bactéries. Il a été découvert à la fin des années 1970 dans des biocénoses abyssales sur desfumeurs noirset a mis fin au paradigme consistant à placer laphotosynthèseau début de toutechaîne alimentaire.
Certainesthéories de l'évolutionet de l'origine de la vieposent l'hypothèse que la vie ait pu apparaitre avec des espèces chimiotrophes, dans les grands fonds marins, dans les anfractuosités de la roche ou sur des argiles.
Principes biochimiques
[modifier|modifier le code]La chimiosynthèse est la conversion biologique de molécules contenant un ou plusieurs atomes decarbone(généralement dudioxyde de carboneou duméthane) en éléments nutritifs utilisables pour constituer de la matière organique. Les organismes qui la pratiquent utilisent l'oxydationde molécules inorganiques (hydrogène,sulfure d'hydrogène) ou le méthane comme source d'énergie,plutôt que la lumière du Soleil utilisée par les organismes photosynthétiques pour produire des composés organiques complexes.
Les organismes chimiotrophes
[modifier|modifier le code]Tous les organismes connus capables de synthétiser des molécules organiques grâce à la chimiosynthèse, sont phylogénétiquement particuliers, mais appartiennent à des groupes taxonomiques comprenant des espèces non-extrémophiles.
Ce sont des groupes qui jouent un rôlebiogéochimiqueimportant. Ils comprennent:
- desprotéobactériesoxydant le soufre (dites gamma et epsilon);
- desAquificaeles;
- desarchaeaméthanogènes;
- des bactéries neutrophiles oxydant le fer.
Certaines réactions, au lieu de libérer de l'oxygène comme lors de la photosynthèse, libèrent du soufre, qui peut former des cristaux ou globules solides quand ils sont excrétés. Chez les bactéries qui produisent ainsi du soufre, des globules jaunes de soufre sont présents et visibles dans leurcytoplasme.Elles jouent un rôle important dans lecycle du soufre.
Beaucoup de micro-organismes vivant dans les zones sombres et profondes des océans peuvent utiliser la chimiosynthèse pour produire de la biomasse à partir de molécules carbonées. Deux catégories principales peuvent être distinguées:
- Dans quelques rares sites où des molécules de dihydrogène (H2) sont disponibles, l'énergie disponible à partir de la réaction entre le CO2et H2(conduisant à la production de méthane, CH4) peut être suffisamment importante pour entrainer la production de biomasse.
- Alternativement, dans la plupart des environnements océaniques, l'énergie de la chimiosynthèse provient de réactions impliquant l'oxydation des substances telles que lesulfure d'hydrogèneou de l'ammoniac.Cela peut se produire avec ou sans la présence d'oxygène dans le milieu.
Classification
[modifier|modifier le code]Selon la nature du composé oxydé par les organismes, on les classe parmi:
- lesorganotrophes,utilisant des molécules organiques;
- leslithotrophes,utilisant des composés inorganiques.
Une seconde distinction peut être faite parmi les chimiotrophes, selon la source de carbone utilisée pour synthétiser leurs molécules:
- lesautotrophes,qui utilisent du carbone prélevé dans ledioxyde de carboneou des carbonates; leschimioautotrophes(ou chémoautotrophes) peuvent synthétiser toutes leurs molécules à partir dudioxyde de carboneen utilisant l'énergie contenue dans des molécules inorganiques et sans utiliser la lumière du Soleil. Les chimioautotrophes sont en général lithotrophes, et sont principalement desbactérieset plus particulièrement desarchaeaextrémophiles.Ils sont les producteurs primaires des écosystèmes extrêmes tels que lesfumeursdes grands fonds marins. Ce groupe se compose desméthanogènes,deshalophileset desthermophiles.On compte aussi des bactéries réductrices du soufre, les bactéries nitrifiantes (Nitrobacter,Nitrosomonas...) et les bactéries thermoacidophiles.
- leshétérotrophes,qui nécessitent une source decarbone organique;leschimiohétérotrophesne peuvent utiliser le dioxyde de carbone directement et doivent se fournir en au moins une source de carbone organique, comme leglucose.
Position dans les réseaux trophiques
[modifier|modifier le code]Dans les environnements où la lumière ne pénètre pas, ou dans certains environnements extrêmes (très chauds, anoxiques…), seuls des micro-organismes chimiosynthétiques peuvent vivre. Ils peuvent à leur tour être consommés par d'autres organismes dans l'océan. Ils peuvent aussi faire partie d'associationssymbiotiquesentre organismes chimiosynthétiques et organismes hétérotrophes. C'est par exemple ce qui se produit autour dessources hydrothermalesou dessuintements froids,dans les fonds marins. Dans ces milieux, bien moins rares qu'on ne le pensait autrefois, des populations significatives, de plus d'une centaine d'espèces d'animaux peuvent vivre à partir de la production primaire chimiosynthétique de quelques espèces exploitant les sources hydrothermales, clathrates de méthane, les suintements froids, ou cadavres de grands cétacés en décomposition.
Intérêt scientifique
[modifier|modifier le code]Il est marqué depuis les années 1970.
- Le méthane produit par les déchets humains et agricoles (dont élevages) pose un problème, parce qu'on le récupère mal et qu'il est un puissantgaz à effet de serre.Mieux comprendre comment d'autres espèces peuvent l'exploiter est une source possible de solutions nouvelles.
- Le méthane est abondant dans l'Univers. Une hypothèse est que la chimiosynthèse pourrait permettre la vie sous la surface de Mars, sous la glace de la luneEuropede Jupiter ou de la luneEnceladede Saturne ou encore sur d'autres planètes.
- Les organismes chimiotrophesfont aussi preuvede capacités inhabituelles de résistance dans les milieux extrêmes. Ces caractéristiques intéressent l'industrie, l'agriculture, l'écologie, les métiers de la dépollution des sols, comme le domaine de l'exploration spatiale.
