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Le phytoplancton, le deuxième poumon de notre planète

Crédits : Pixabay

Le but de la photosynthèse est de produire de l’énergie à partir de la lumière provenant du Soleil. Si le processus est bien connu chez les plantes terrestres, il l’est en revanche beaucoup moins chez le phytoplancton qui produit plus de la moitié de l’oxygène terrestre. Des chercheurs proposent néanmoins un modèle structural du processus photosynthétique chez le phytoplancton, faisant la lumière sur ces micro-organismes qui dominent la planète depuis plus de 800 millions d’années.

Les forêts sont bien souvent considérées comme les poumons de notre planète, mais contrairement aux idées reçues, elles n’œuvrent pas seules. Si les plantes représentent le poumon droit, le phytoplancton représente le poumon gauche. C’est une machinerie complexe au service du vivant. Le phytoplancton représente ces milliards de cyanobactéries et microalgues présentes à la surface des océans. Méconnu, car invisible à l’œil nu, le phytoplancton est pourtant responsable de la moitié de la photosynthèse, produisant plus de la moitié de l’oxygène terrestre et consommant la moitié du dioxyde de carbone alors qu’il ne représente que 1 % de la biomasse d’organismes photosynthétiques. Bref, un maillon indispensable à la chaîne du vivant. Mais comment fonctionne la photosynthèse chez ces micro-organismes ?

Si les mécanismes de la photosynthèse sont connus chez les plantes, les scientifiques commencent seulement à comprendre comment le phytoplancton a développé une photosynthèse. Dans le cadre d’une collaboration internationale, des chercheurs proposaient il y a quelques jours dans la revue Nature Communications un modèle structural du processus photosynthétique chez le phytoplancton en étudiant la diatomée Phaeodactylum tricornutum. Les diatomées sont des microalgues marines ou lacustres unicellulaires qui constituent le groupe de microalgues le plus abondant dans les mers tempérées, responsable de plus de 20 % de l’oxygène libéré sur Terre.

À l’instar des plantes terrestres, le phytoplancton est constitué d’organismes photosynthétiques pourvus de chlorophylle grâce à laquelle il peut capter l’énergie solaire. La lumière du Soleil, le dioxyde de carbone et les sels minéraux dissous dans l’eau (principalement l’azote et le phosphate) suffisent au phytoplancton pour se développer et produire de l’oxygène qui va se diffuser à la surface des océans dans l’atmosphère. Chez les plantes, le processus de photosynthèse est possible grâce à deux petites usines photochimiques, appelées photosystèmes I et II. Pour que la photosynthèse puisse avoir lieu, ces deux photosystèmes ne doivent pas être en contact, c’est pourquoi elles sont, chez les plantes, séparées par des structures (image A) qui ne semblent pas exister chez le phytoplancton (image B). Comment alors le phytoplancton peut-il donc être responsable de la moitié de la photosynthèse sur Terre ?

Ici décrite chez la plante (image A) l’organisation interne sous forme de « granas » (jaunes, riches en photosystème II), et « lamellae » (verts, riches en photosystème I), ce qui n’est pas le cas chez la diatomée (image B). L’image C met en revanche en évidence l’existence de microdomaines membranaires permettant la séparation physique des photosystèmes I (à l’extérieur, vert) et photosystèmes II (à l’intérieur, jaune). La flèche blanche indique les connexions qui lient les microdomaines. Crédits : Pascal Martinez, CEA_BIG

En adaptant différentes approches d’imagerie cellulaire à haute résolution, les chercheurs ont donc été en mesure de développer un modèle 3D du système photosynthétique des diatomées (image C). Ils ont ainsi observé l’existence de microdomaines qui séparent les deux photosystèmes, permettant une photosynthèse efficace et un rendement maximal. Le but sera maintenant de savoir comment ces organismes unicellulaires pourraient s’adapter aux conséquences des changements climatiques. Étant présents sur Terre depuis au moins 800 millions d’années, ils l’ont toujours fait.

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