Dans les champs Phlégréens, une région volcanique italienne, une algue microscopique nommée
Cyanidioschyzon merolae se développe dans des conditions extrêmes. Les chercheurs de l'Université d'État du Michigan explorent son mécanisme unique de concentration du carbone, une découverte qui pourrait chambouler notre compréhension de la photosynthèse.
Image d'illustration Pixabay
Cette algue,
C. merolae, prospère dans des sources chaudes acides, un environnement hostile pour la plupart des formes de vie. Les scientifiques étudient comment cet organisme réalise la photosynthèse dans de telles conditions, offrant des perspectives inédites sur ce processus source de vie.
L'équipe de recherche, dirigée par Berkley Walker, a publié ses découvertes dans
Plant Physiology. Ils ont développé un modèle mathématique pour simuler le mécanisme de concentration du carbone de
C. merolae, un outil précieux pour les études futures.
Anne Steensma, co-auteure principale de l'étude, explique que
C. merolae possède une version simplifiée du mécanisme de concentration du carbone. Cette simplicité permet aux chercheurs d'identifier les éléments essentiels à ce processus.
La collaboration avec le département de statistiques et de probabilité de l'université a été cruciale. Ensemble, ils ont affiné le modèle pour qu'il reflète au mieux le comportement réel de l'algue, ouvrant la voie à des expériences virtuelles.
Ce modèle permet aux scientifiques de tester différentes conditions sur
C. merolae, comme l'élimination de certaines parties de son mécanisme de concentration du carbone. Ces expériences virtuelles aident à comprendre quels éléments sont indispensables à la photosynthèse.
Modèle des flux et réservoirs de carbone inorganique dissous (CO₂, HCO₃⁻) et d'oxygène (O₂) dans différents compartiments cellulaires. Les flux enzymatiques sont indiqués par des cercles, et certains processus comme la photorespiration (PR) et la respiration en lumière (RL) sont spécifiés. Tous les flux sont réversibles sauf ceux liés à la production ou consommation de matière.
Berkley Walker envisage d'utiliser ces connaissances pour améliorer la photosynthèse dans d'autres organismes. Cette recherche pourrait avoir des implications majeures pour l'agriculture durable, en augmentant l'efficacité de la conversion de la lumière en énergie.
Qu'est-ce que le mécanisme de concentration du carbone ?
Le mécanisme de concentration du carbone (CCM) est un processus biologique utilisé par certains organismes photosynthétiques pour augmenter l'efficacité de la photosynthèse. Il fonctionne en concentrant le dioxyde de carbone autour de l'enzyme Rubisco, qui catalyse la première étape de la fixation du carbone.
Dans des conditions normales, la Rubisco peut fixer de l'oxygène au lieu du CO2, un processus inefficace appelé photorespiration. Le CCM minimise cette perte en augmentant la concentration de CO2 autour de la Rubisco, améliorant ainsi l'efficacité de la photosynthèse.
Les plantes terrestres ont développé des structures complexes pour leur CCM. Les algues comme
C. merolae utilisent des mécanismes plus simples, offrant une perspective unique sur l'évolution de la photosynthèse. L'étude de
C. merolae permet aux scientifiques de comprendre les éléments essentiels du CCM.
Pourquoi étudier les organismes extrêmophiles ?
Les organismes extrêmophiles, comme
C. merolae, vivent dans des environnements considérés comme hostiles pour la plupart des formes de vie. Ces organismes ont développé des adaptations uniques pour survivre à des températures élevées, des pH extrêmes, ou des concentrations élevées de métaux lourds.
L'étude de ces organismes offre des données précieuses sur les limites de la vie et les mécanismes biologiques qui permettent de survivre dans des conditions extrêmes. Ces connaissances peuvent être appliquées à divers domaines, de la biotechnologie à l'astrobiologie.
Par exemple, comprendre comment
C. merolae réalise la photosynthèse dans des sources chaudes acides pourrait inspirer des méthodes pour améliorer la résistance des cultures agricoles aux stress environnementaux, comme la sécheresse ou la salinité.
De plus, les enzymes et autres molécules produites par les extrêmophiles ont des applications industrielles, comme dans la production de biocarburants ou le traitement des déchets toxiques. Ces organismes sont donc une ressource précieuse pour la recherche scientifique et technologique.