Lithotrophe

Définition

Un lithotrophe est un micro-organisme autotrophe qui assimile les minéraux. Les bactéries lithotrophes nitrifiantes utilisent des substances inorganiques, minérales, comme source d'énergie. Les substrats énergétiques typiques d'une lithotrophie comprennent H₂, CH₄, CO, S, H₂S, NH₄, NO₂, N₂O, FE⁺⁺ et Mn⁺⁺.

Des vers tubicoles lithotrophes :

Un organisme lithotrophe : le ver tubicole géant, Riftia pachyptila, des bouches hydrothermales de l'Est du Pacifique à 2 500 m de profondeur.

Explications

La lithotrophie peut se produire en aérobie ou en anaérobie, cependant, sur la base de son potentiel redox fortement positif, le meilleur accepteur d'électrons est l'oxygène. Cela crée la plus grande distance entre le donneur d'électrons et l'accepteur d'électrons, et étant donné que la plupart des sources d'énergie inorganiques ne sont pas particulièrement de bonnes sources d'énergie, les lithotrophes sont très souvent aérobies. L'utilisation d'un accepteur sans oxygène permet aux chimiolithotrophes d'avoir une plus grande diversité et la capacité de vivre dans une plus grande variété d'environnements, bien qu'ils sacrifient la production d'énergie.

Concept lithotrophe

Jusqu'à présent, dans le catabolisme, les microbes utilisent habituellement des composés organiques comme source de nourriture (énergie et blocs de construction pour fabriquer des cellules). L'intérêt pour ces espèces est compréhensible puisque notre métabolisme est très similaire, mais cela ignore un grand groupe de microbes capables d'utiliser des substances inorganiques comme source d'énergie. Ils sont appelés lithotrophes, ce qui signifie littéralement mangeurs de roches (minéraux).

Toutefois, il n'existe pas que les micro-organismes qui lithotrophes; par exemple, les vers tubicoles du genre Spirobranchus sont des organismes lithotrophes.

Caractéristiques

Les habitats communs des lithotrophes comprennent les eaux usées, les volcans, les évents océaniques profonds, l'atmosphère, les mines, l'eau de mer, l'eau douce. Fondamentalement, ils peuvent être trouvés partout.

L'énergie est générée à partir de molécules inorganiques réduites. Ces molécules ont des électrons à haut potentiel redox.

L'oxygène est souvent, mais pas toujours, l'accepteur d'électrons terminaux. En raison de sa volonté d'accepter les électrons, l'oxygène donne le plus grand gain d'énergie et est souvent utilisé par les lithotrophes lorsqu'ils sont disponibles.

Le carbone cellulaire est souvent issu du CO2 en utilisant fréquemment le cycle de Calvin. Il y a aussi des microbes qui peuvent se développer de manière hétérotrophe.

Les rendements énergétiques de la lithotrophie sont faibles par substrat oxydé et une grande quantité de substrat doit être métabolisée par cellule.

Leur appétit pour le substrat rend les lithotrophes importants dans le cycle global des éléments qu'ils attaquent. Les lithotrophes ont un impact majeur sur le mouvement de l'azote, du soufre et du carbone dans la biosphère.

Bactéries lithotrophes nitrifiantes

La dégradation des matières organiques entraîne généralement le rejet d'ammoniac (NH₃) dans l'environnement, et les bactéries nitrifiantes sont plus que disposées à gagner leur vie en oxydant l'ammoniac. Elles sont omniprésentes dans l'environnement et ont même été découvertes vivant dans le grès de la cathédrale de Cologne en Allemagne. Les bactéries lithotrophes pénètrent à des profondeurs de 15 cm dans les blocs de grès. Ces bactéries génèrent de l'énergie en oxydant des formes réduites d'azote en NO₂ ou NO₃. La concentration de nitrifiants dépend du taux de production de NH₃ dans l'environnement environnant. Plus le taux est rapide, plus la population de microbes est élevée. Nous examinerons brièvement la biochimie de deux nitrifiants, Nitrosomonas et Nitrobacter

Nitrosomonas oxyde l'ammoniac dans la réaction suivante : NH₃ + 3/2 O₂ → HNO₂ + H₂O.

Les électrons extraits sont donnés directement à un ETS et aucun transporteur n'est impliqué. Le résultat de l'exécution de l'ETS est qu'un gradient de protons est formé qui peut ensuite synthétiser l'ATP en utilisant l'ATP synthase.

Par exemple, pour la production d'énergie chez Nitrosomonas, une bactérie nitrifiante lithotrophe, seules deux enzymes, l'ammoniac monooxygénase (AMO) et l'hydroxylamine oxydoréductase (HAO) sont impliquées dans l'oxydation de l'ammoniac en nitrite.

Le nitrite peut être davantage agi par une autre bactérie nitrifiante, Nitrobacter. Ce microbe oxyde le nitrite en nitrate en utilisant l'oxygène comme accepteur d'électrons terminaux. Un gradient de protons est établi avec la synthèse résultante de l'ATP. Nitrobacter se trouve souvent en tandem avec Nitrosomonas puisque le produit final du métabolisme de Nitrosomonas est le substrat énergétique de Nitrobacter. Ce type d'association lâche est probablement courant dans l'environnement et, dans ce cas, profite aux deux organismes. Nitrobacter est fourni avec un substrat et Nitrosomonas a son produit final enlevé, ce qui aide à stimuler son métabolisme.

Vers tubicoles

L'océan profond était autrefois considéré comme un endroit sans vie. Manquant de lumière du soleil, qui ne peut pénétrer que les 100 premiers mètres d'eau, les seuls organismes vivants étaient considérés comme des charognards qui se nourrissaient de la matière organique qui coulait de la surface de l'océan. En 1977, une expédition géologique en haute mer a été lancée pour étudier les zones de volcanisme actif profondément sous l'océan à des profondeurs de 1 500 à 3 700 mètres. À la grande surprise des scientifiques, une communauté florissante de palourdes, de moules, de vers, de crevettes et de crabes a été découverte autour de ces zones de volcanisme actif. Cela a fait sensation dans la communauté scientifique. Comment cette communauté a-t-elle survécu ? Quelle était la base de la chaîne alimentaire ? Cela ne pouvait pas être la photosynthèse.

Les communautés encerclaient les zones où l'eau chauffée était éjectée des "fumeurs noirs" ainsi nommés parce que le liquide sortant des évents était noir en raison des précipitations rapides de sulfures de polymétal noir. Ces évents hydrothermaux proviennent de l'eau de mer qui pénètre dans le fond de l'océan et passe au-dessus de la lave fondue où elle devient surchauffée et chargée de minéraux réduits. Ce fluide hydrothermal (350 °C) percole ensuite jusqu'au fond de la mer où il s'écoule dans l'océan environnant (4 °C) formant des fumeurs noirs.L'eau à cette profondeur est sous une grande pression et ne bouillira pas jusqu'à ce qu'elle atteigne des températures de 450 °C. Le gradient de température et la charge de minéraux réduits qui en résultent fournissent une source d'énergie suffisante pour les lithotrophes, principalement les bactéries oxydantes de soufre, qui sont les principaux producteurs de la chaîne des aliments de haute mer.

Certains organismes de cette biosphère se nourrissent des tapis microbiens de bactéries qui se développent autour des cheminées hydrothermales, mais d'autres organismes forment des relations symbiotiques avec les producteurs primaires.

Ce symbiote prend du sulfure d'hydrogène, produit à partir des fumeurs noirs et l'oxyde en sulfate en utilisant l'oxygène comme accepteur d'électrons terminaux. Les électrons extraits sont utilisés dans un ETS pour former un gradient de protons qui entraîne la synthèse de l'ATP. Le carbone cellulaire est obtenu via le cycle de Calvin. Sa forme cellulaire et sa morphologie cocoïde suggèrent qu'il pourrait être du genre Thiovulum, mais cette association est au mieux ténue. L'analyse de l'ARN ribosomique 16S sera nécessaire pour le placer correctement dans l'arbre phylogénétique. Les caractéristiques des symbiotes en elles-mêmes ne sont pas uniques, mais où est sa maison est. Il est contenu dans un tissu appelé trophosome à l'intérieur du ver tubulaire Riftia pachyptila.

Un grand ver tubulaire est dans une relation symbiotique étroite avec le symbiote. Le ver fournit un foyer pour le microbe, lui donnant de l'espace pour se développer et fournissant à la fois du sulfure d'hydrogène et de l'oxygène pour le métabolisme des symbiotes. Ces gaz sont délivrés par un système circulatoire qui contient des hémoglobines spécialisées capables de lier l'oxygène et le sulfure d'hydrogène. La teneur en CO2 du sang des vers est également élevée, fournissant une source de carbone pour l'assimilation dans le matériel cellulaire. En retour, le symbiote fournit une partie de sa production du cycle de Calvin au ver tubulaire.

L'existence d'une vie sur notre planète qui ne dépend pas du soleil, mais de l'énergie terrestre, a déclenché la possibilité excitante de la vie sur d'autres corps de notre système solaire. Europe, une lune de Jupiter est une sphère blanche froide qui peut contenir de l'eau plusieurs kilomètres sous sa croûte glacée. S'il y a de l'eau, il peut y avoir de la vie, au moins de la vie microbienne.

En rapport avec "lithotrophe"

• apostrophe

  

  L'apostrophe est un signe typographique d'élision dans les langues qui utilisent l'alphabet latin et certains autres alphabets.

• autotrophe

  

  Un autotrophe est un organisme qui synthétise de la matière organique à partir de matière inorganique, en utilisant les minéraux, de l'énergie lumineuse...

• auxotrophe

  

  Un auxotrophe qualifie un organisme (micro-organisme, moisissure) auquel il faut fournir un facteur de croissance qu'il ne peut plus synthétiser.

• biotrophe

  

  Un biotrophe est un organisme qui se nourrit aux dépens d'un autre organisme. Le parasitisme biotrophe est un mode de vie commun qui a vu le jour...