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Posté par Isabelle le Lundi 26/06/2017 à 00:00
Comment le phytoplancton domine-t-il les océans ?
La photosynthèse est un processus unique qui, dans le monde vivant, a permis la colonisation des terres et des océans, respectivement par les plantes et le phytoplancton. Si les mécanismes de la photosynthèse sont bien connus chez les plantes, les scientifiques commencent seulement à comprendre comment le phytoplancton a développé une photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le...). Dans le cadre d'une collaboration internationale (1), des chercheurs du Laboratoire de physiologie cellulaire & végétale (CNRS/CEA/UGA/Inra) (2), de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...) structurale (CNRS/CEA/UGA), du Laboratoire d'études des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles...) avancée (CEA/UGA) (3), et du Laboratoire de physiologie membranaire et moléculaire du chloroplaste (CNRS/UPMC) proposent un modèle structural du processus photosynthétique chez le phytoplancton, en étudiant la diatomée Phaeodactylum tricornutum. Ces résultats sont publiés le 20 Juin 2017 dans Nature communications.

La photosynthèse est un mécanisme remarquable de production d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) chimique à partir d'énergie lumineuse. Ce processus est possible grâce à deux petites usines photochimiques, appelées photosystèmes I et II. Mais pour que la photosynthèse puisse avoir lieu, ces deux photosystèmes ne doivent pas être en contact afin d'éviter les courts-circuits, qui diminuent la photosynthèse. Chez les plantes, ils sont séparés par des structures (image A) qui ne semblent pas exister chez le phytoplancton (image B). Comment le phytoplancton peut-il donc être responsable de la moitié de la photosynthèse sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) ?

En adaptant différentes approches d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se...) cellulaire à haute résolution appliquées à la diatomée Phaeodactylum tricornutum, les chercheurs ont été en mesure de développer un modèle 3D du système photosynthétique des diatomées (image C). Ils ont ainsi observé l'existence de micro-domaines qui séparent, comme chez les plantes, les deux photosystèmes, permettant une photosynthèse encore plus efficace. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) de ces résultats explique comment les diatomées produisent chaque jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale)...) environ 20 % de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) libéré sur Terre et pourquoi elles dominent les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) depuis environ 100 millions d'années.

Les chercheurs continuent de développer ce modèle 3D de la photosynthèse chez les diatomées, qui leur permettra notamment de comprendre comment ces organismes unicellulaires s'adapteront aux conséquences des changements climatiques.


© Pascal Martinez, CEA_BIG.
En haut. À gauche, feuilles de plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles sont, avec les autres...). À droite, cellules de la diatomée Phaeodactylum tricornutum en culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :).
A – Microscopie électronique d'un chloroplaste de plante montrant l'organisation (Une organisation est) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet...) sous forme de "granas" (jaune, riches en photosystème II), et "lamellae" (vert, riches en photosystème I). Ceci n'est pas le cas chez la diatomée (image B).
B – Micrographie d'une cellule de P. tricornutum montrant les membranes photosynthétiques sans granas. Leur reconstitution 3D (image C) met en évidence l'existence de micro-domaines membranaires permettant la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) des photosystèmes I (à l'extérieur, vert) et photosystèmes II (à l'intérieur, jaune). La flèche blanche indique les connexions qui lient les micro-domaines, assurant une efficacité photosynthétique maximale.

Notes:
(1) Ces travaux ont été menés en collaboration avec des chercheurs de l'ETH Zurich (Suisse) et de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Konstanz (Allemagne).
(2) Faisant partie de l'institut Biosciences et biotechnologies de Grenoble (CEA_BIG).
(3) Faisant partie de l'Institut nanosciences et cryogénie (La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures à -150 °C) dans le but de comprendre les phénomènes physiques qui s'y manifestent. Elle possède de très...) (CEA_INAC).


Références publication:
Plastid thylakoid architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) optimises photosynthesis in diatoms. Serena Flori, Pierre-Henri Jouneau, Benjamin Bailleul, Benoit Gallet, Leandro F.Estrozi, Christine Moriscot, Olivier Bastien, Simona Eicke, Alexander Schober, Carolina Río Bártulos, Eric Maréchal, Peter G. Kroth, Dimitris Petroutsos, Samuel Zeeman, Cécile Breyton, Guy Schoehn, Denis Falconet, and Giovanni Finazzi. Nature communications, le 20 juin 2017. DOI: 10.1038/NCOMMS15885.

Contacts chercheurs:
- Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) l Denis Falconet
- Chercheur CNRS l Giovanni Finazzi

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Source: CNRS