Des bactéries qui peuvent "respirer" les pierres et le soufre
Les microbes éliminent le sulfure toxique et utilisent les minéraux ferreux pour leur croissance
Une équipe internationale de scientifiques*, dirigée par les microbiologistes Marc Mussmann et Alexander Loy de l'Université de Vienne, a découvert un nouveau métabolisme microbien : les bactéries dites MISO "respirent" les minéraux ferreux en oxydant le sulfure toxique. Les chercheurs* ont découvert que la réaction entre le sulfure d'hydrogène toxique et les minéraux de fer solides n'est pas seulement un processus chimique, mais aussi un processus biologique encore inconnu, par lequel les microbes polyvalents présents dans les sédiments marins et les zones humides terrestres éliminent le sulfure toxique et l'utilisent pour leur croissance. Ces bactéries pourraient ainsi empêcher la propagation de "zones de mort" sans oxygène dans les eaux.
Exemple d'habitat des bactéries MISO - zone humide (photo d'une tourbière en Allemagne)
Alexander Loy
Les cycles biogéochimiques sont les processus par lesquels des éléments tels que le carbone, l'azote, le soufre et le fer sont transformés par des réactions de réduction et d'oxydation (réactions d'oxydoréduction) et circulent entre l'atmosphère, l'eau, le sol, les roches et les organismes vivants. Ces cycles sont étroitement liés au climat de la Terre, car ils régulent la production de gaz à effet de serre et influencent l'équilibre thermique de la planète.
Les micro-organismes jouent un rôle central dans presque chaque étape de ces processus d'oxydoréduction, en utilisant par exemple des composés de soufre ou de fer pour la respiration - de la même manière que les humains utilisent l'oxygène pour métaboliser la nourriture. Dans les environnements pauvres en oxygène, comme les fonds marins ou les zones humides, les composés de soufre et de fer sont particulièrement importants pour la vie microbienne. Le soufre se présente sous différentes formes - sous forme de gaz dans l'atmosphère, de sulfate dans les océans ou de composant minéral dans les roches. De même, le fer peut passer d'une forme à l'autre en fonction de la disponibilité de l'oxygène.
Lorsque les microbes métabolisent les composés soufrés, ils modifient souvent en même temps la forme du fer - et inversement. Ce couplage des cycles du soufre et du fer a des conséquences importantes, car il influence la disponibilité des nutriments dans l'environnement ainsi que la production ou la dégradation des gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone ou le méthane. La compréhension de ces cycles interdépendants est essentielle pour prédire comment les écosystèmes réagissent à la pollution, au changement climatique et à d'autres influences humaines.
Les minéraux de fer "respirent" pour détoxifier le sulfure
Des microbes spécialisés présents dans les écosystèmes dépourvus d'oxygène, tels que les sédiments marins et les zones humides, produisent du sulfure d'hydrogène - un gaz sulfuré toxique à l'odeur caractéristique d'œufs pourris. L'interaction entre le sulfure et les minéraux d'oxyde ferrique, comme le fer rouillé, joue un rôle clé dans le contrôle de la concentration de sulfure. La réaction produit principalement du soufre élémentaire et du monosulfure de fer (FeS). Le FeS est un minéral noir qui est par exemple responsable de la coloration sombre des sédiments de plage dans des conditions de faible teneur en oxygène.
"Nous montrons que cette réaction d'oxydoréduction importante pour l'environnement n'est pas seulement chimique", explique Alexander Loy, chef de groupe de recherche au CeMESS - le centre de microbiologie et de science des systèmes environnementaux de l'université de Vienne : "Les micro-organismes peuvent également utiliser cette réaction pour leur croissance". Le métabolisme énergétique microbien récemment découvert, appelé MISO, couple la réduction de l'oxyde ferrique à l'oxydation du sulfure. Contrairement à la réaction chimique, MISO produit directement du sulfate et évite ainsi les étapes intermédiaires du cycle du soufre. "Les bactéries MISO éliminent le sulfure toxique et empêchent ainsi éventuellement la propagation des soi-disant 'zones de mort' dans les eaux ; en même temps, elles fixent le CO2 pour leur croissance - tout comme les plantes", ajoute le Senior Scientist Marc Mussmann.
Un processus microbien d'importance mondiale qui surpasse la chimie
Lors d'essais de croissance avec une bactérie MISO cultivée, les chercheurs* ont pu montrer que la réaction biologique est plus rapide que la réaction chimique correspondante. Cela suggère que les microbes sont les principaux moteurs de ce processus dans la nature. "Plusieurs bactéries et archées possèdent la capacité génétique pour la MISO", explique Song-Can Chen, auteur principal de l'étude, "et elles sont présentes dans une grande variété d'environnements naturels et créés par l'homme". Dans les sédiments marins, la MISO pourrait représenter jusqu'à 7 % de l'oxydation globale des sulfures en sulfate, alimentée par l'afflux considérable de fer réactif provenant des rivières et de la fonte des glaciers dans les océans.
Les résultats de l'équipe de l'Université de Vienne, soutenus notamment dans le cadre du cluster d'excellence "Microbiomes drive Planetary Health" du fonds scientifique autrichien FWF, révèlent un mécanisme biologique jusqu'alors inconnu qui relie les cycles du soufre, du fer et du carbone dans des environnements sans oxygène. "Cette découverte montre de manière impressionnante à quel point les micro-organismes sont polyvalents et met en évidence leur rôle essentiel dans les cycles mondiaux de la matière", conclut Alexander Loy.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Allemand peut être trouvé ici.
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