Les Cyanobactéries, à l'origine de la Photosynthèse
Dans un précédent article, je montrais la présence de cyanobactéries filamenteuses en suspension dans un bécher oublié d'un laboratoire de SVT en lycée (photo ci-dessus). Voici un article au sujet de ces organismes d'une grande importance dans "l'Histoire de la Vie". Il permettra ensuite d'aborder la photosynthèse telle qu'on l'enseigne en collège et en lycée.
Les cyanobactéries, également appelées "algues bleu-vert", sont des micro-organismes fascinants qui ont joué un rôle clé dans l’évolution de la vie sur Terre. Leur capacité à effectuer la photosynthèse oxygénique a transformé l’atmosphère primitive et favorisé l’émergence de la vie telle que nous la connaissons aujourd’hui.
Origine et Évolution
Les cyanobactéries sont apparues il y a sans doute plus de 3 milliards d'années, à une époque où l’atmosphère terrestre était pauvre en dioxygène et plus riche en dioxyde de carbone. Elles comptent environ 2000 espèces et elles sont considérées comme les premiers organismes capables de produire de l’oxygène grâce à la photosynthèse. Avant elles, certaines bactéries anoxygéniques réalisaient déjà une forme primitive de photosynthèse sans production d’oxygène. L’activité des cyanobactéries a conduit à la Grande Oxydation, un événement majeur ayant profondément modifié la composition atmosphérique et permis l’évolution des formes de vie aérobies.
Le terme "cyanobactérie" provient du grec "kyanos", qui signifie "bleu", en référence à la teinte caractéristique de ces organismes. Cette couleur est due à la présence de pigments photosynthétiques spécifiques, notamment la phycocyanine et la chlorophylle a, qui leur confèrent cette apparence bleu-vert distincte.
Arbre phylogénétique simplifié des Cyanobactéries :
Biologie des Cyanobactéries
Ultrastructure des cyanobactéries au MET (Microscope Electronique à Transmission) :
Les cyanobactéries sont des procaryotes, ce qui signifie qu’elles n’ont pas de noyau défini. Elles possèdent cependant des structures internes spécialisées appelées thylakoïdes, où se déroule la photosynthèse. Leur diversité morphologique est importante : elles peuvent être unicellulaires, filamenteuses ou coloniales. Bien que certaines cyanobactéries soient unicellulaires, elles peuvent s’organiser en chaînes ou en filaments. Cette disposition résulte d’une division cellulaire incomplète où les cellules restent attachées les unes aux autres, facilitant ainsi la flottabilité, l’échange de nutriments et la résistance aux conditions environnementales.
Écologie et Habitat
Ces micro-organismes se retrouvent dans une grande variété d’environnements : eaux douces, océans, sols humides et même milieux extrêmes comme les déserts ou les sources thermales. Leur capacité à survivre dans des conditions hostiles leur confère un rôle écologique clé, notamment dans les cycles biogéochimiques du carbone et de l’azote. De nombreuses espèces de cyanobactéries sont également planctoniques, vivant en suspension dans les milieux aquatiques. Elles jouent un rôle fondamental dans les réseaux trophiques aquatiques et peuvent former des efflorescences (blooms) sous certaines conditions environnementales.
La Photosynthèse Oxygénique
Les cyanobactéries utilisent l’énergie solaire pour convertir l’eau et le dioxyde de carbone en glucose et en oxygène, un processus appelé photosynthèse oxygénique. Elles sont équipées de pigments photosynthétiques tels que la chlorophylle a et des phycobiliprotéines, qui leur donnent leur couleur caractéristique.
Les Stromatolites : Témoins Fossiles des Premières Cyanobactéries
Les stromatolites sont des structures rocheuses formées par l’activité des cyanobactéries au fil des millénaires. On en trouve aujourd'hui sur la côte ouest de l'Australie dans la réserve de Hamelin Pool.
Source : Il existe de nombreux sites géologiques dans le monde présentant des témoins d'anciens stromatolites. Pas loin de chez moi, en Normandie, à l'ouest du Cotentin dans la Manche, des stromatolites datant du Cambrien inférieur (environ -540 à -500 Ma, au début du Paléozoïque) peuvent apparaître à marée basse (à fort coefficient).
Source - © 2015 Pascal Thiot
Le site fossilifère de Foum El Agbet est un lieu exceptionnel qui recèle des stromatolites datés de plus de deux milliards d'années. Ces structures, formées par des communautés de micro-organismes, sont parmi les plus anciennes traces de vie sur Terre.
Bien que les données précises soient rares en raison de l'ancienneté de cette période, les scientifiques estiment que l'atmosphère à cette époque était principalement composée des éléments suivants :
- Diazote (N₂) : Environ 80%
- Dioxyde de carbone (CO₂) : Environ 15%
- Dioxygène (O₂) : Moins de 5%
Ces estimations suggèrent que l'atmosphère était encore pauvre en oxygène, malgré l'activité photosynthétique des cyanobactéries.
Comment les cyanobactéries construisent-elles les édifices calcaires connus en Australie ?
Les cyanobactéries construisent des édifices calcaires appelés stromatolites, qui sont particulièrement célèbres en Australie, notamment dans la baie de Shark (Shark Bay). Voici comment elles les forment :
Photosynthèse et précipitation du carbonate de calcium :
Les cyanobactéries effectuent la photosynthèse, ce qui consomme du dioxyde de carbone (CO₂) dans l'eau environnante.
Cette diminution du CO₂ entraîne une augmentation du pH de l'eau, favorisant la précipitation du carbonate de calcium (CaCO₃) sous forme de calcaire.
Piégeage et agglutination des sédiments :
Les cyanobactéries sécrètent une matrice de mucus qui piège les particules de sédiments et les ions dissous.
Ces particules se collent ensemble et forment progressivement des couches solides de calcaire.
Croissance en couches successives :
Les colonies de cyanobactéries continuent de croître à la surface des structures calcaires en déposant continuellement de nouvelles couches.
Cela donne naissance à des édifices stratifiés qui peuvent croître lentement sur des milliers d'années, ce sont les stromatolites.
Conclusion
Les cyanobactéries ont joué un rôle fondamental dans l’histoire de la Terre et de la Vie, façonnant à la fois l’atmosphère et l’évolution du vivant. Grâce à la photosynthèse oxygénique, elles ont été les premières à produire de l’oxygène en grande quantité, déclenchant la Grande Oxydation il y a environ 2,4 milliards d’années. Cet événement a non seulement modifié la composition atmosphérique, mais a également rendu possible l’apparition d’organismes aérobies, marquant une transition essentielle dans l’évolution de la vie.
En favorisant la formation des stromatolites, elles ont laissé des archives fossiles précieuses qui témoignent de leur présence, de leur activité à travers les âges, et renseignent sur les conditions environnementales du moment. Leur capacité à fixer l’azote et à coloniser des milieux extrêmes montre également leur incroyable adaptabilité et leur importance écologique. Aujourd’hui encore, certaines cyanobactéries jouent un rôle clé dans les écosystèmes aquatiques et présentent un fort potentiel biotechnologique.
Ainsi, sans les cyanobactéries, la Terre telle que nous la connaissons – avec une atmosphère riche en oxygène et une biodiversité florissante – n’aurait probablement jamais existé. Leur contribution à l’évolution du vivant reste l’un des plus grands tournants de l’histoire de notre planète.
En savoir plus sur les cyanobactéries et les stromatolites qu'elles construisent :
https://www.futura-sciences.com/planete/dossiers/botanique-algues-surprenants-vegetaux-aquatiques-523/page/3/https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/stromatolithes.xml
L'IA au service de l'Art et de la Science
Fait avec Firefly d'ADOBE
On se lasse de tout, sauf d’apprendre...
Commentaires
Enregistrer un commentaire