Cyanobactéries : produisent et consomment de l'oxygène ?

[invitebdf515f4]

Bonjour amis biologistes,

J'ai lu un peu partout que des cyanobactéries seraient responsables de la "grande oxydation" (http://fr.wikipedia.org/wiki/Grande_Oxydation) du fait de la photosynthèse qui produit de l'O2. J'ai aussi lu que les cyanobactéries ne font pas que de la photosynthèse. Elles respirent aussi (http://fr.wikipedia.org/wiki/Cyanobacteria).

Donc, il semble qu'elles consomment de l'oxygène (respiration aérobie) ? Un biologiste peut-il confirmer cela ?

Si effectivement les cyanobactéries respirent, je suppose donc que la quantité d'O2 produite par la photosynthèse est supérieure à la quantité d'O2 consommée par la respiration (sinon, je ne comprends pas comment elles pourraient participer à la grande oxydation). Ou alors, peut-être que le bactéries ancestrales, celles qui sont responsables de la grande oxydation, n'étaient pas vraiment des cyanobactéries (au sens actuel), mais des bactéries plus simples, qui réalisaient la photosynthèse mais ne respiraient pas.

J'ai beau chercher, je n'arrive pas à trouver une explication claire sur ce point. J'ai certainement mal cherché ...
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[Amanuensis]

Donc, il semble qu'elles consomment de l'oxygène (respiration aérobie) ?

Uniquement pour oxyder des réserves qu'elles ont fabriquées préalablement par réduction en rejetant l'oxygène.

Quand une cyanobactérie grossit jusqu'à doubler de volume, juste avant de se dédoubler, il y a création nette d'oxygène, correspondant au fait que la matière constitutive de la cellule nouvellement créée est réduite par rapport à CO2 et H2O. Si une cellule meurt et si tous ses constituants sont oxydés, le bilan est nul.

La grande oxydation n'est pas exactement le résultat de la création d'oxygène par les cyanobactéries. C'est plutôt due à ce que les cyanobactéries mortes n'étaient pas totalement recyclées : une partie s'enfouissait dans les sédiments ; n'étant plus en contact avec l'atmosphère, les molécules organiques restaient à l'état réduit, finissant sous forme de méthane dans les roches par exemple.

En d'autres termes, s'il y avait eu recyclage parfait du carbone, la production nette d'oxygène aurait été nulle : ce qui était libéré dans l'atmosphère aurait été soit "respiré" directement par les cyanobactéries, soit "respiré" par des bactéries consommant les détritus organiques, soit directement combiné à ces détritus. Vu du vivant, l'oxygène aurait été juste un stockage temporaire, contrepartie de la nature "réduite" des molécules organiques.

C'est la séquestration d'une partie des détritus qui a déséquilibré le cycle et a amené à un surplus d'oxygène atmosphérique.

C'est arrivé une seconde fois dans l'histoire du vivant, quand des lignées végétales ont "inventé" le bois (en particulier la lignine), un peu avant le carbonifère. Le bois est très difficile à "digérer" et au début il n'y avait pas suffisamment d'organismes capables de le faire. En conséquences les arbres morts n'ont pas été "recyclé" totalement, une partie a été enfouie dans les roches (pour donner le charbon que les humains exploitent maintenant) et l'oxygène atmosphérique a augmenté (certains auteurs parlent d'un pic à 30 %). Des lignées de fungi (champignons) et de bactéries ont évolué alors pour profiter de la manne, réduisant l'effet. Le carbonifère tire son nom de ce phénomène.

[invitebdf515f4]

Merci Amanuensis pour cette réponse précise.
Je n'avais pas pensé à ce mécanisme.
Ca me semble une explication plausible, mais je doute encore un peu (c'est gonglé de ma part, quand on sait que je n'y connais rien en bio, je suis informaticien).
Pas de soucis pour le carbonifère en revanche, il y a plein d'indices pour cela.

Quelques questions subsidiaires:
- Ce mécanisme est-il compatible avec la quantité d'O2 accumulée à l'époque de la grande oxydation ? Vu de loin, ça semble un mécanisme assez peu productif.
- Retrouve t-on la trace des restes de cyanobactéries non recyclées (oxydées) sous la forme d'une couche géologique particulière ?
- Où puis-je trouver des compléments d'information sur le Web ?

D'autre part, voici une page qui va plutôt dans un autre sens :
http://espace-svt.ac-rennes.fr/applic/cyano/cyano04.htm
En bas, on peut lire:

Remarque : les premiers microorganismes de type cyanobactéries qui devaient déjà exister vers -3,5 Ga ne pouvaient que réaliser la photosynthèse. La respiration est une fonction apparue plus tardivement au cours de l'évolution.

Ceci semble d'ailleurs assez logique : comment justifier l'apparition de la respiration aérobie alors qu'il n'y a pas d'O2 libre ?
J'imagine que la respiration ne devient interessante qu'à partir du moment ou la quantité d'O2 libre est significative.
Donc, j'imagine que lorsque la respiration est apparue, la grande oxydation était déjà bien avancée.

La respiration serait donc internevue dans un deuxième temps, freinant l'augmentation de l'O2 mais sans la stopper complètement, par le phénomène que tu mentionnes (qui me manquait).
Suis-je sur la bonne voie ou m'égare-je ?

[Amanuensis]

Quelques questions subsidiaires:
- Ce mécanisme est-il compatible avec la quantité d'O2 accumulée à l'époque de la grande oxydation ? Vu de loin, ça semble un mécanisme assez peu productif.

En deux milliards d'années un mécanisme peu productif peut amener un total significatif !

- Retrouve t-on la trace des restes de cyanobactéries non recyclées (oxydées) sous la forme d'une couche géologique particulière ?

Bonne question. Je ne sais pas, faudrait poser la question en géologie. En cherchant sur Google "kérogène archéen" on trouve nombre de publications parlant de dépôts organiques datant de l'époque concernée.

- Où puis-je trouver des compléments d'information sur le Web ?

Je n'ai rien de particulier à proposer.

Ceci semble d'ailleurs assez logique : comment justifier l'apparition de la respiration aérobie alors qu'il n'y a pas d'O2 libre ?

J'imagine que la respiration ne devient interessante qu'à partir du moment ou la quantité d'O2 libre est significative.

Donc, j'imagine que lorsque la respiration est apparue, la grande oxydation était déjà bien avancée.

La respiration serait donc internevue dans un deuxième temps, freinant l'augmentation de l'O2 mais sans la stopper complètement

C'est plausible, oui. Mais cela impliquerait que les cyanobactéries actuelles descendraient seulement de bactéries photosynthétiques ayant acquis ensuite la respiration oxydative (1). Cela impliquerait aussi que la respiration oxydative soit apparues dans plusieurs lignées séparées (nos mitochondries descendent de bactéries capables de respiration, mais ces bactéries ne descendent pas de cyanobactéries).


(1) ce qui pose une difficulté de terminologie quant au mot "cyanobactéries" : si ce terme décrit le clade constitué les cyanobactéries actuelles, leur plus récent ancêtre commun et tous les descendants de celui-ci, alors ce n'est pas des "cyanobactéries" à strictement parler qui seraient responsables de la grande oxydation.

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