Une nouvelle méthode de production d'oxygène dans l'océan

Certains microbes des profondeurs marines produisent de l'oxygène d'une manière jusqu'alors inconnue. Afin de générer de l'énergie, l'espèce d'archée 'Nitrosopumilus maritimus' oxyde l'ammoniac, en présence d'oxygène, en nitrate. Mais lorsque les chercheurs ont scellé les microbes dans des récipients hermétiques, sans lumière ni oxygène, ils étaient encore capables de produire de l'O₂ pour une utilisation dans l'oxydation de l'ammoniac en nitrite.  

Les océans jouent un rôle clé dans le maintien du niveau d'oxygène dans l'atmosphère. Environ 70 % des oxygène dans l'atmosphère est produit par les plantes marines, les forêts tropicales représentent environ un tiers (28%) de l'oxygène de la Terre, les 2% restants de TerreL'oxygène provient d'autres sources. L'océan produit de l'oxygène grâce à la photosynthèse des plantes océaniques (phytoplancton, varech et plancton algal).  

Cependant, il existe un groupe de quelques espèces de microbes vivant dans l'océan qui produisent de l'oxygène dans l'obscurité, en l'absence de lumière solaire, par un processus différent de la photosynthèse. Nitrosopumilus maritimus a maintenant rejoint ce groupe de poignées de microbes sur la base de cette capacité.  

Les archées (ou archéobactéries) sont des microbes unicellulaires similaires aux bactéries dans leur structure (les archées et les bactéries sont donc des procaryotes), mais évolutivement différentes des bactéries et des eucaryotes, formant ainsi un troisième groupe d'organismes vivants. Les archées vivent dans environnements pauvres en oxygène et sont des anaérobies obligatoires (ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas survivre à un niveau d'oxygène atmosphérique normal), par exemple, les halophiles vivent dans des environnements extrêmement salés, les méthanogènes produisent du méthane, les thermophiles vivent dans des environnements extrêmement chauds, etc.  

Environ 30% des planctons microbiens des océans sont constitués d'archées oxydant l'ammoniac (AOA), qui, avec les bactéries oxydant les nitrites (NOB), constituent la principale source d'azote inorganique dans l'océan et jouent un rôle clé dans le cycle de l'azote océanique.  

Ces deux archées, c'est-à-dire AOA et NOB, sont connues pour dépendre de l'oxygène moléculaire (O₂) dans l'oxydation de l'ammoniac en nitrite.  

NH₃ + 1.5 O₂ → NON₂^- + H₂O + h⁺  

Pourtant, ces archées se trouvent en abondance dans les milieux marins anoxiques avec des niveaux d'oxygène très faibles, voire indétectables. Ceci est très surprenant, surtout compte tenu du fait qu'ils n'ont pas de métabolisme anaérobie connu. Leur métabolisme énergétique nécessite de l'oxygène, pourtant on les trouve dans des environnements où l'oxygène est indétectable. Comment font-ils?  

Pour enquêter sur cela, le chercheurs effectué des incubations d'archées Nitrosopumilus maritimus à des concentrations d'oxygène extrêmement faibles dans le nano (10^-9) intervalle. Ils ont découvert qu'après l'épuisement de l'oxygène, les archées étaient capables de produire de petites quantités d'oxygène dans des conditions anoxiques. Ils ont produit O₂ pour l'oxydation de l'ammoniac lui-même tout en réduisant simultanément le nitrite en protoxyde d'azote (N₂O) et diazote (N₂). 

Cette étude a montré la voie de l'oxydation anaérobie de l'ammoniac (comment O₂ production par Nitrosopumilus maritimus dans un environnement océanique appauvri en oxygène leur permet d'oxyder l'ammoniac en nitrate pour générer de l'énergie). Il a également découvert une nouvelle voie de N₂ production en profondeur mer environnement. 

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Sources:  

1. Kraft B., et al 2022. Production d'oxygène et d'azote par un archéon oxydant l'ammoniac. La science. 6 janvier 2022. Vol 375, numéro 6576 p. 97-100. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1126/science.abe6733 

2. Martens-Habbena W. et Qin W., 2022. Nitrification archéenne sans oxygène. La science. 6 janvier 2022. Vol 375, numéro 6576 p. 27-28. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1126/science.abn0373 

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