Ce graphique montre comment le réseau structurel de l'eau est déformé sous haute pression. Crédit :Université de Leeds
Les scientifiques ont découvert comment un produit chimique dans les cellules des organismes marins leur permet de survivre aux hautes pressions présentes dans les océans profonds.
Plus les créatures marines vivent profondément, plus l'environnement auquel elles doivent faire face est inhospitalier et extrême. Dans l'un des points les plus profonds du Pacifique, la fosse des Mariannes, à 11 kilomètres sous la surface de la mer, la pression est de 1,1 kbar ou huit tonnes par pouce carré. C'est une augmentation de 1 100 fois de la pression subie à la surface de la Terre.
Sous pression normale ou atmosphérique, les molécules d'eau forment un réseau semblable à un tétraèdre.
Le réseau de molécules d'eau change de forme
À haute pression, cependant, le réseau de molécules d'eau commence à se déformer et à changer de forme. Lorsque cela arrive à l'eau à l'intérieur des cellules vivantes, cela empêche les processus biochimiques vitaux de se produire et tue l'organisme.
En rapportant leurs découvertes, les chercheurs de Leeds ont pour la première fois été en mesure d'expliquer comment une molécule présente dans les cellules d'organismes marins contrecarre l'effet de la pression externe sur les molécules d'eau.
Le professeur Lorna Dougan, de l'École de physique et d'astronomie de Leeds, a déclaré :"La vie s'est adaptée pour survivre et prospérer dans des conditions environnementales extrêmes. Dans les profondeurs des océans, les organismes vivent sous des pressions extrêmement élevées qui détruiraient la vie humaine.
Ce graphique montre une sélection de poissons et à quelle profondeur ils vivent dans l'océan. Crédit :Université de Leeds
"Ces hautes pressions déforment l'eau liquide qui réside dans toute vie, ce qui a des effets néfastes sur les biomolécules qui sous-tendent tous les processus biologiques.
"Nous devons comprendre ce qui arrive à l'eau sous pression et comment les organismes adaptés à la pression combattent ces effets. Si nous pouvons comprendre comment ces organismes survivent à une pression extrême, nous pouvons appliquer ces découvertes à l'étude plus large de la stabilité biomoléculaire."
N-oxyde de triméthylamine ou TMAO
La molécule présente dans les cellules qui produit l'effet protecteur contre les hautes pressions externes est appelée TMAO - N-oxyde de triméthylamine. Des études ont montré que la quantité de TMAO dans les organismes océaniques augmente en fonction de la profondeur de leur habitat.
Dirigée par le Dr Harrison Laurent, également de l'École de physique et d'astronomie, l'étude a utilisé l'une des installations analytiques les plus avancées au monde pour étudier comment la pression intense modifie les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau voisines.
Diffusion de neutrons
Appelée ISIS Neutron and Muon Source, l'installation d'analyse du laboratoire STFC Rutherford Appleton dans l'Oxfordshire a été utilisée pour tirer un faisceau de neutrons - qui sont des particules subatomiques - sur des échantillons d'eau avec et sans TMAO. L'analyse a été effectuée à basse pression, 25 bar, et à haute pression, 4 kbar.
Le test a révélé des détails sur la structure atomique des molécules d'eau.
À haute pression, les liaisons hydrogène dans l'échantillon d'eau pure sont devenues déformées et moins stables et le réseau global de molécules d'eau s'est compacté.
La présence de TMAO, cependant, a renforcé et stabilisé la liaison hydrogène et a maintenu la structure du réseau des molécules d'eau.
Le Dr Laurent a déclaré:"Le TMAO fournit un ancrage structurel qui permet à l'eau de résister à la pression extrême à laquelle elle est soumise. Les résultats sont importants car ils aident les scientifiques à comprendre les processus par lesquels les organismes se sont adaptés pour survivre aux conditions extrêmes rencontrées. dans les océans."
À partir de l'étude, l'équipe de recherche a également pu développer ce qu'on appelle un "rapport de protection des osmolytes", qui prédit le niveau de TMAO nécessaire dans les cellules des organismes marins afin qu'ils puissent survivre à une profondeur spécifique dans les océans.
Le professeur Dougan a ajouté :« Le professeur Dougan a ajouté :« Notre étude établit un pont entre l'eau sous pression au niveau moléculaire et la merveilleuse capacité des organismes qui se développent sous haute pression dans les profondeurs des océans.
"Des recherches récemment publiées ont révélé de nouvelles espèces vivant au fond des mers profondes. Nous comprenons maintenant les adaptations remarquables qui ont permis à la vie d'exploiter ces habitats."
L'article scientifique - "La capacité du N-oxyde de triméthylamine à résister aux perturbations induites par la pression sur la structure de l'eau" - est publié dans la revue scientifique Communications Chemistry . Le rôle joué par les solvants à extrême pression
