Bactéries de soufre violet dans le lac d'eau douce de Cadagno (panneaux supérieurs, en vert et violet), et leur activité de fixation d'azote unicellulaire mesurée avec nanoSIMS (panneaux inférieurs, les couleurs chaudes indiquent une activité élevée). Crédit :Institut Max Planck de microbiologie marine/M. Philippes
On a longtemps supposé que les cyanobactéries étaient principalement responsables de la fixation de l'azote sur la Terre primitive, rendant ainsi l'azote disponible pour la biosphère. Des chercheurs de l'Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême, Allemagne, montrent maintenant que les bactéries pourpres au soufre pourraient avoir contribué de manière substantielle à la fixation de l'azote dans les conditions prévalant dans l'océan protérozoïque.
L'azote est vital pour toutes les formes de vie :il fait partie des protéines, acides nucléiques et autres structures cellulaires. Ainsi, il était d'une grande importance pour le développement de la vie sur la Terre primitive de pouvoir convertir le diazote gazeux de l'atmosphère en une forme biodisponible, l'ammonium. Cependant, il n'a pas encore été précisé qui a effectué cette prétendue fixation d'azote sur la Terre primitive et à l'aide de quelle enzyme. Maintenant, des chercheurs de l'Institut Max Planck de microbiologie marine à Brême ont montré que dans des conditions aussi stériles que dans l'océan protérozoïque, un groupe de bactéries auparavant sous-estimé peut fixer l'azote très efficacement.
Un "petit océan protérozoïque" dans les Alpes suisses
Comme l'océan protérozoïque peut difficilement être étudié directement, les chercheurs Miriam Philippi et Katharina Kitzinger de l'Institut Max Planck de Brême et leurs collègues l'ont remplacé par un habitat moderne comparable :le lac alpin de Cadagno en Suisse. Contrairement à la plupart des autres lacs, Le lac de Cadagno est stratifié en permanence, ce qui signifie que les couches d'eau supérieure et inférieure ne se mélangent pas.
Les bactéries pourpres de soufre habitent la zone de transition entre la partie supérieure, couche oxygénée et la couche inférieure, couche sans oxygène et sulfurée. Là, ils effectuent la photosynthèse et oxydent le soufre. "La découverte de fossiles de ce groupe de micro-organismes montre qu'ils vivaient déjà sur notre planète il y a au moins 1,6 milliard d'années, au cours de l'éon protérozoïque, " dit Philippe, premier auteur de l'étude. "D'où, ce lac et ces bactéries représentent un système qui ressemble à l'océan protérozoïque à bien des égards. il est si bien adapté pour en savoir plus sur les processus sur la Terre primitive.
Les sources salées au fond du lac empêchent le mélange, résultant en une stratification stable. Les mètres supérieurs contiennent de l'oxygène mais peu de nutriments. La couche inférieure est anoxique et riche en sulfure, créant une couche intermédiaire stable avec de forts gradients de concentration d'oxygène et de sulfure. Ici, les bactéries du soufre violet utilisent l'énergie solaire pour oxyder le sulfure et fixer l'azote. Crédit :Miriam Philippi
Les bactéries du soufre violet fixent l'azote
Grâce à une combinaison d'analyses biogéochimiques et moléculaires, Philippi et ses collègues ont découvert que les bactéries de soufre violet du lac Cadagno fixent très efficacement l'azote. La fixation de l'azote est la conversion de l'azote gazeux, ce qui n'est pas très réactif, en composés azotés que de nombreux organismes peuvent utiliser, par exemple les algues. "A notre connaissance, c'est la première preuve directe de la fixation de l'azote par les bactéries de soufre violet dans la nature, " a expliqué la co-auteur Katharina Kitzinger.
"Nous avons découvert qu'ils utilisent l'enzyme la plus courante de nos jours, nitrogénase de molybdène, faire cela. Bien que cette enzyme ne soit pas rare, nous avons été très surpris de le trouver dans le lac de Cadagno. ce qui a conduit les chercheurs à croire que les nitrogénases autres que le molybdène prévalaient sur la Terre primitive. "Maintenant, nous savons que la nitrogénase de molybdène fonctionne très efficacement, même à de faibles concentrations de molybdène."
"Nous fournissons ainsi la première indication que les bactéries pourpres de soufre peuvent avoir été en partie responsables de la fixation de l'azote dans l'océan protérozoïque, " Philippe continua. " Jusqu'à maintenant, il était généralement admis que les cyanobactéries effectuaient alors la plus grande partie de la fixation de l'azote. Nous montrons que le rôle des bactéries de soufre violet dans ce processus a probablement été sous-estimé. »
L'étude est publiée dans Communication Nature .
