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Posté par Michel le Jeudi 20/09/2007 à 00:00
Un métabolisme bactérien vieux de 3,5 milliards d'années
Jusqu'à présent, on pensait qu'il y a 3,5 milliards d'années, certaines des premières bactéries tiraient leur énergie de la réduction des sulfates, comme elles le font aujourd'hui aux abords des sources hydrothermales au fond des océans. En analysant les proportions d'isotopes des composés soufrés dans des roches australiennes, les chercheurs 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 Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) du Globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une...) et leurs collègues de l'Université du Maryland et du Geological Survey of western Australia concluent que ces anciennes bactéries tiraient leur énergie non pas du sulfate mais du soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.) élémentaire.

Le métabolisme proposé, la disproportionation, est un métabolisme rudimentaire encore peu connu et peu étudié. L'utilisation du soufre élémentaire plutôt que du sulfate (composé oxydé) par ces microorganismes primitifs renforce la thèse selon laquelle l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) de la toute jeune 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...) était pauvre en oxygène.


Site de forage du « Pilbara Drilling Project », en Australie

Jusqu'à présent, il était admis que la sulfato-réduction était l'un des métabolismes bactérien les plus primitifs. En effet, les chercheurs avaient découvert des roches contenant la signature de la présence de bactéries sulfato-réductrices, il y a 3,5 milliards d'années en Australie. Ce type de métabolisme est très courant dans l'environnement moderne, en particulier chez les microorganismes qui vivent aux abords des sources hydrothermales, dans les profondeurs des océans. Les bactéries réduisent les sulfates présents dans leur environnement pour en tirer l'énergie nécessaire à leur subsistance. Mais elles préfèrent utiliser l'isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique nucléaire, deux atomes sont dits isotopes...) léger, 32 S, plutôt que l'isotope lourd, 34 S, du soufre. De ce fait la sulfato-réduction bactérienne se traduit par un déficit en 34 S des produits soufrés, qui sont intégrés dans le registre géologique sous forme de minéraux appelés pyrites. C'est ce déficit qui témoigne de l'activité microbienne dans les roches anciennes et que les chercheurs utilisent pour pister les premières traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la...) de vie (La vie est le nom donné :) sur Terre.


Forage du « Pilbara Drilling Project »

Pascal Philippot, de l'équipe Géobiosphère actuelle et primitive de l'Institut de physique du Globe de Paris et ses collègues remettent aujourd'hui en cause ce consensus. Ils ont analysé des échantillons de roches prélevées dans la même formation géologique (formation de Dresser, dans la région des Pilbara en Australie de l'Ouest) mais par forage, c'est-à-dire à des profondeurs d'environ 150 mètres sous la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...), afin de s'affranchir des problèmes d'altération des pyrites et de contamination du site par la nappe phréatique. Il s'agit du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) de forage « Pilbara Drilling Project » réalisé en août 2004 et financé par l'Institut de physique du Globe de Paris et l'Institut National des Sciences de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) du 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).), en collaboration avec le Bureau de recherches géologiques et minières d'Australie occidentale. Les chercheurs montrent que d'autres métabolismes microbiens peuvent expliquer la présence de pyrites appauvries en 34 S dans ces roches. Il faut pour cela examiner le fractionnement entre les différents isotopes du soufre (32 S, 33 S et 34 S).

Dans l'environnement naturel, les fractionnements isotopiques (microbien ou inorganique) dépendent uniquement de la différence de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave)....) entre les isotopes d'un même élément. Pour le soufre, le fractionnement entre le 33 S et le 32 S est 0,5 fois celle du 34 S par rapport au 32 S. Certains processus cependant ne respectent pas cette loi dite de « fractionnement dépendant de la masse ». Il s'agit en particulier du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.) solaire qui, dans l'atmosphère, dissocie des molécules de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout...) volcaniques (SO2) pour former des molécules de soufre élémentaire (S0) caractérisés par une anomalie des rapports isotopiques positive (notée anomalie Δ 33 S) et de sulfate montrant une anomalie Δ 33 S négative. Les composés issus de la photolyse des gaz volcaniques sont ensuite intégrés dans le registre géologique sous forme de sulfures (Δ 33 S positive) et sulfates (Δ 33 S négative). Ces anomalies sont préservées dans les roches, elles représentent des traceurs puissants des sources de soufre impliqués dans les métabolismes microbiens.

Or, la grande majorité des pyrites australiennes appauvries en 34 S présentent une anomalie Δ33S positive. Ces pyrites sont incluses dans un sulfate de baryum (BaSO4) appelé barytine. Or, ce sulfate hôte présente une anomalie Δ33S négative, différente donc de la pyrite en inclusion. Les micro pyrites ne peuvent donc pas avoir été formées à partir de sulfate. P. Philippot et ses collègues interprètent cette combinaison (Une combinaison peut être :) de déficit en 34 S et de d'anomalie positive en Δ33S comme la preuve de l'existence de microorganismes qui transforment le soufre élémentaire en dihydrogène de soufre et en sulfate. Ce type de métabolisme, appelé « disproportionation », est connu dans les environnements actuels mais encore très peu étudié. C'est probablement un métabolisme assez rudimentaire qui a pu s'adapter aux conditions inhospitalières qui devaient exister sur la jeune Terre. Cela suggère que la disproportionation de soufre élémentaire est probablement un des métabolismes les plus anciens dans l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une structure rigide...) de vie. Ces travaux indiquent également que les conditions à la surface de la Terre avant 2,5 milliards d'années étaient très certainement réductrices, avec l'absence d'une enveloppe atmosphérique riche en oxygène qui, de nos jours (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....), joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à...) le rôle d'écran protecteur au rayonnement ultraviolet du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...).


Récolte d'échantillons

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Source: CNRS / INSU
Illustrations: © ipgp-cnrs Ph. Philippot
 
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