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En direct des laboratoires

 

28 juin 2018

Un rôle inattendu des premiers microorganismes continentaux dans la fertilisation des océans primitifs

 

L'azote est un bloc élémentaire de la composition des molécules du vivant telles que l’ADN et les protéines. Caractériser le fonctionnement primitif du cycle de l’azote terrestre est un enjeu fondamental pour comprendre l’évolution de la biosphère depuis plus de 3 milliards d’années. Une équipe internationale impliquant le laboratoire Biogéosciences UMR6282, (CNRS, Université Bourgogne Franche-Comté), et le laboratoire School of Life Sciences (Arizona State University), a étudié l’impact d’un scenario de colonisation précoce des continents Précambriens par des croûtes biologiques du sol (biocrusts), communautés modernes dominées par les cyanobactéries qui colonisent les zones arides. Les auteurs proposent qu’à l’instar des emblématiques stromatolites en milieu marin, les biocrusts sont de bons analogues des communautés microbiennes continentales anciennes. L’analyse des résultats démontre que l’activité des biocrusts, même sur une petite fraction des surfaces continentales durant le Précambrien, aurait permis l’ensemencement des océans primitifs en azote. Cette découverte suggère que les bactéries continentales ont pu jouer un rôle fondamental au Précambrien, dont il faudra tenir compte, dans les reconstructions des cycles biogéochimiques anciens.

 

 

Photomontage de l’environnement de la Terre primitive, incluant les emblématiques stromatolites subaquatiques Archéens résultant de l’activité de microorganismes favorisant la minéralisation des carbonates ainsi que l’existence d’une biomasse continentale dominée par les cyanobactéries sous formes de « biocrusts ». L’agrandissement montre l’organisation de ces cyanobactéries en superfilaments dans un échantillon de biocrust moderne. Crédit photo : Estelle Couradeau

 

Alors que des efforts significatifs ont été investis dans la reconstruction de l'évolution précoce du cycle biogéochimique de l’azote terrestre, le rôle potentiel d'une contribution continentale a été largement négligé, la majorité des études précédentes se focalisant sur les flux et les échanges océan-atmosphère. Des études récentes ont cependant montré que des écosystèmes continentaux, similaires aux biocrusts modernes et préservés sous forme de tapis microbiens fossilisés dans les paléosols, s’enregistrent depuis au moins 3,2 milliards d’années. Dans cette nouvelle étude, les auteurs ont testé d’un point de vue théorique l'impact de la colonisation précoce des continents par des communautés microbiennes type biocrusts.
Aujourd’hui les biocrusts colonisent 12% des continents, notamment en zone aride où elles sont le manteau millimétrique de fertilité et de stabilité des sols. Les communautés microbiennes qui composent les biocrusts sont dominées par des cyanobactéries filamenteuses, véritables architectes de ces sols. Les cyanobactéries collent les grains du sol ce qui assure sa stabilité contre l’érosion. Les cyanobactéries et les autres bactéries des biocrusts réalisent la fixation de l’azote et du carbone atmosphérique, contribuant à la fertilité de ces sols. L’extension actuelle des biocrusts est limitée par la compétition avec les plantes et on pense que ce type de communauté aurait pu être encore plus étendu dans le passé.
En revisitant les travaux antérieurs menés par Ferran Garcia-Pichel (co-auteur de l’étude) sur le fonctionnement du cycle de l’azote de ces biocrusts actuels et en compilant les données disponibles dans la littérature, les auteurs ont pu évaluer la quantité d’azote fixée à partir de l’atmosphère puis exportée sous forme de nitrate et d’ammonium depuis les biocrusts vers les océans. Les flux ainsi obtenus ont été transposés à la Terre Précambrienne (surface continentale réduite, conditions paléoenvironnementales différentes) et intégrés à un modèle de colonisation des continents.  

Les principaux résultats montrent que la colonisation d’une fraction mineure des surfaces continentales de la Terre Précambrienne, de l’ordre d’une vingtaine de pour cent, peut entraîner un export d’azote, fixé biologiquement, depuis l’atmosphère vers les océans primitifs comparable au flux actuel (0,15 Tmol/an). Cette étude suggère ainsi pour la première fois, que la modélisation de l’évolution précoce du cycle biogéochimique de l'azote doit être profondément revisitée, en intégrant un nouveau réservoir, cette fois d’origine continentale.

Cette étude a été financée par le septième programme-cadre de l'Union européenne pour la recherche, le développement technologique et la démonstration dans le cadre de la convention de subvention no 328530.

 


Références :

Christophe Thomazo, Estelle Couradeau, Ferran Garcia-Pichel. (2018). Possible nitrogen fertilization of the early Earth Ocean by microbial continental ecosystems. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-018-04995-y

 


Contact chercheur :

Christophe THOMAZO – laboratoire Biogéosciences (CNRS, Univ. de Franche-Comté) - christophe.thomazo@u-bourgogne.fr

 

Contact communication :

Anne-Lise SANTONI – laboratoire Biogéosciences - ISEM (CNRS, Univ. de Bourgogne) -

anne-lise.santoni@u-bourgogne.fr

 

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