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Posté par Adrien le Vendredi 01/06/2018 à 00:00
L'adaptation des communautés microbiennes en réponse à l'évolution physicochimique des surfaces minérales
Le renouvellement des stocks de nutriments inorganiques des sols - menacés sur le long terme par l'activité humaine - pourrait ne pas être maintenu par la seule dissolution des minéraux des roches, car celle-ci décroît à mesure que les surfaces minérales "vieillissent". Ce processus est-il inexorable ? Des chercheurs issus de deux laboratoires ont exploré la piste microbienne et démontré que, malgré un effet significatif sur le processus de dissolution et des signes tangibles d'adaptation au substrat minéral, les bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le peptidoglycane. Les...) issues d'un sol forestier ne parviennent pas à rétablir en quelques semaines la vitesse (On distingue :) de dissolution initiale de minéraux vieillis.


Évolution des vitesses de dissolution de l'olivine (A, B) et de la labradorite (C, D). Ces vitesses sont normalisées par rapport à la surface spécifique initiale et basées sur le relargage de magnésium en solution pour l'olivine et de calcium pour la labradorite. Les symboles verts et rouges représentent respectivement les expériences en milieu biotique et abiotiques. Les symboles vides correspondent aux minéraux vieillis, couverts d'une couche passivante. Les zones colorées représentent l'erreur estimée sur les vitesses de dissolution.

L'altération des minéraux constitutifs des roches 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...) un rôle central dans le cycle des éléments au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un...) de la zone critique en libérant, entre-autres, une partie des nutriments inorganiques à la base du développement des écosystèmes de surface. L'anthropisation croissante du milieu naturel et son exploitation tendent à diminuer les ressources nutritives des sols, menaçant notamment la pérennité de certains systèmes forestiers.

Nous nous sommes intéressés à l'effet de deux facteurs qui influencent fortement le renouvellement des stocks de nutriments inorganiques dans les sols. Il est en effet connu que la vitesse de dissolution des silicates en contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de l'analyse...) naturel décroît avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), et que l'évolution physicochimique - ou "vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant progressivement l'aptitude d'un objet, d'une information ou d'un...)" - des surfaces minérales constitue l'un des principaux mécanismes de cette décroissance. A contrario, il est admis que les micro-organismes peuvent accroître les vitesses d'altération. Au point (Graphie) cependant de contrebalancer l'impact des processus de vieillissement des surfaces ? Nous avons cherché à quantifier l'importance relative de ces deux facteurs antagonistes afin de pouvoir mieux prédire l'évolution à long terme de la fertilité (Pour le sens commun, la fertilité désigne à la fin du XXe siècle la capacité des personnes, des animaux ou des plantes à...) des sols.

Nous avons dans un premier temps démontré que la présence de fines couches superficielles, formées naturellement à la surface des silicates lors de leur dissolution par un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et...) acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.), diminue bien la vitesse de dissolution des minéraux primaires. Nous avons ensuite confronté des microorganismes prélevés dans un sol forestier continental (bassin versant (En géomorphologie, un versant est une surface topographique inclinée, située entre des points hauts (pics, crêtes, rebord de plateau, sommet d'un relief) et des points bas (pied de versant, talweg).) du Strengbach, observatoire hydro-géochimique de 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...), OHGE) à une sélection de silicates "modèles" présentant de telles couches de surface. Si ces organismes se révèlent incapables de compenser la baisse de réactivité liée à la formation des couches superficielles, une augmentation de la dissolution d'origine biotique liée à l'exploitation du Fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie...) (II) contenu dans certains des silicates testés a pu être mise en évidence après seulement quelques semaines d'expérience. Nous avons également observé le développement de communautés bactériennes spécifiquement associées à chaque type de minéral étudié indépendamment de son état de surface, ciblant en priorité les brèches de la couche superficielle de ces minéraux.


A, E: Images de microscopie électronique à balayage (MEB) de cellules bactériennes se développant sur des portions de surfaces d'olivine vieillies dépourvues de couches superficielles. Les lignes rouges indiquent les profils de découpe par faisceau d'ions focalisés des lames minces présentées en B et F. B, F: Image de 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...) électronique en transmission (MET) de l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner...) minéral-bactérie vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) en coupe. Les flèches indiquent les endroits où les images C, D, G et H ont été acquises. C, G, D, H: Images MET haute résolution des interfaces minéral-bactérie (C, G) et minéral-coating (D, H). Pt = platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) ; C = carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.).

Le maintien à long terme de l'approvisionnement de la zone critique en nutriments inorganiques ne semble donc pas pouvoir être assuré par la seule action de processus chimiques ou biochimiques. Des processus physiques ou mécaniques - d'origine biotique ou non - dégradant l'intégrité des couches superficielles des minéraux apparaissent nécessaires pour assurer le renouvellement de surfaces minérales fraîches dans les sols et devront être étudiés suivant des protocoles originaux encore à définir.

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Source: CNRS-INSU
 
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