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Les bactéries sont les bêtes de somme invisibles de la planète, consommant la matière organique et la transformant en nutriments qui soutiennent la vie dans les écosystèmes. Avec une biomasse mondiale dépassant celle de tous les autres organismes réunis, les bactéries prospèrent partout où l’eau existe, se reproduisent à des rythmes étonnants et supportent des conditions extrêmes qui autrement arrêteraient l’activité biologique. Leur capacité collective à recycler les éléments chimiques sous-tend la résilience des environnements terrestres et aquatiques.
Les bactéries chimiohétérotrophes obtiennent du carbone et de l'énergie à partir de composés organiques. Ils sécrètent des enzymes extracellulaires qui décomposent les molécules complexes en sucres simples, acides aminés et autres formes assimilables. Cette digestion extracellulaire, essentiellement un service public, permet aux bactéries de se développer tout en fournissant à leurs communautés des nutriments vitaux. En revanche, les chimioautotrophes exploitent les molécules inorganiques pour produire de l’énergie et fixent le carbone du CO₂, tandis que les photoautotrophes captent l’énergie lumineuse. Bien que ces derniers ne décomposent pas la matière organique, ils sont indispensables au cycle des nutriments et à la séquestration du carbone.
En tant qu’acteurs essentiels des cycles du carbone et de l’azote, les bactéries convertissent le CO₂ atmosphérique en biomasse cellulaire, séquestrant ainsi efficacement le carbone. Les chimiohétérotrophes inversent ce processus lors de la décomposition, libérant du CO₂ dans l'atmosphère. Les bactéries fixatrices d’azote, notamment les cyanobactéries, convertissent le N₂ atmosphérique en azote biodisponible, constituant ainsi la base de la synthèse des protéines végétales. Les associations symbiotiques entre ces fixateurs et les plantes créent un échange mutuellement bénéfique :les plantes fournissent des glucides et les bactéries fournissent de l'azote (voir ASM ).
Les biofilms microbiens (communautés de bactéries, de champignons et d'algues enfermées dans des substances polymères extracellulaires) constituent la première ligne de décomposition dans de nombreux écosystèmes. En partageant des enzymes, des nutriments et du matériel génétique, les biofilms accélèrent la dégradation des polymères végétaux résistants tels que la lignine et la cellulose. Dans les habitats d’eau douce, les invertébrés dépendent de la litière de feuilles « conditionnée », qui ne devient digestible qu’après ramollissement induit par le biofilm. Des processus similaires se produisent sur terre, où les biofilms déclenchent la décomposition des litières et la formation du sol.
Bien que la majeure partie de la vie dépende de l’oxygène, les bactéries peuvent persister dans des environnements appauvris en oxygène tels que les fonds marins, les litières denses de feuilles et les sols compactés. Dans ces niches anaérobies, les microbes remplacent l’oxygène par d’autres accepteurs d’électrons – nitrate, sulfate ou même dioxyde de carbone – pour maintenir le métabolisme. Les archées méthanogènes, par exemple, produisent du méthane dans de véritables conditions anoxiques, illustrant la remarquable adaptabilité de la vie microbienne.