Chimiosynthèse: qu’est-ce que c’est, phases et organismes

La chimiosynthèse est un processus biologique qui permet à certains organismes de synthétiser des composés organiques à partir de substances inorganiques. Ce phénomène repose sur la libération d’énergie lors des réactions d’oxydation, qui sert à produire de l’ATP, la molécule énergétique indispensable à la vie. La plupart des chimioautotrophes sont des bactéries qui vivent dans des environnements extrêmes, comme les fonds marins, où la lumière du soleil n’est pas disponible.

L’équation de chimiosynthèse, si l’on utilise du sulfure d’hydrogène, est la suivante :

CO2 + O2 + 4H2S → CH2O + 4S + 3H2O

Un aspect notable de la chimiosynthèse est sa capacité à maintenir des écosystèmes entiers dans des conditions où la photosynthèse n’est pas viable. Par exemple, dans les sources hydrothermales, diverses communautés d’organismes, allant des bactéries aux animaux tels que les vers et les moules, ont été découvertes et dépendent de cette source d’énergie alternative. Ce processus est non seulement crucial pour la vie dans des environnements extrêmes, mais constitue également un point de départ pour comprendre l’évolution de la vie sur Terre.

La chimiosynthèse se déroule en deux phases principales :

1. Phase oxydative : les composés inorganiques sont oxydés pour libérer de l’énergie et des électrons. L’énergie libérée est utilisée pour synthétiser l’ATP à partir de l’ADP et pour réduire le NAD+ en NADH. Cette phase est analogue à la phase lumineuse de la photosynthèse, où l’énergie et les électrons sont obtenus qui sont ensuite transportés vers des molécules énergétiques. Dans le cas de la chimiosynthèse, divers composés tels que l’ammoniac, les nitrites, le soufre et le fer sont oxydés, ce qui permet la génération d’ATP par phosphorylation oxydative.
2. Phase biosynthétique : utilise l’ATP et le NADH obtenus lors de la phase précédente pour synthétiser des composés organiques à partir de substances inorganiques, principalement du dioxyde de carbone. Au cours de cette étape, le CO₂ est fixé dans les molécules organiques, comme le glucose, selon un processus similaire au cycle de Calvin chez les plantes. Cette phase est comparable à la phase sombre de la photosynthèse, car elle ne nécessite pas de lumière, mais utilise l’énergie stockée dans les molécules produites lors de la phase oxydative.

Ce sont principalement des bactéries et des archées qui utilisent des composés inorganiques comme source d’énergie et de carbone. Parmi eux figurent :

• Bactéries soufrées incolores : elles utilisent l’H₂S issu de la décomposition de la matière organique, abondante dans les eaux usées, les sources hydrothermales et les milieux riches en soufre. Parmi eux se trouvent des genres tels que Sulfolobus (archées) et Thiobacillus (thiobactéries).
• Bactéries azotées : vivent dans le sol et l’eau, oxydant les composés azotés réduits, en particulier l’ammoniac (NH₃) en nitrates (NO₃⁻). Au sein de ce groupe, les bactéries nitrosifiantes oxydent l’ammoniac en nitrites, mettant en évidence des genres tels que Nitrosomonas et Nitrosocystis océanus. Les bactéries nitrifiantes oxydent les nitrites en nitrates, Nitrobacter en étant un exemple.
• Bactéries ferreuses : oxydent les composés ferreux en ferriques, avec Thiobacillus ferrooxydans en tant que représentant.
• Bactéries hydrogène : ce sont des chimioautotrophes facultatifs qui utilisent l’hydrogène moléculaire, notamment des genres tels que Alcaligenes et Aquifex.
• Méthanogènes : ce sont des archées chimioautotrophes qui réalisent la méthanogenèse, en utilisant de simples composés carbonés comme accepteurs d’électrons. Des exemples en sont Methanoseata et Methanococcus.

• Il permet aux organismes chimioautotrophes d’agir en tant que producteurs primaires dans les écosystèmes.
• Dans les écosystèmes des grands fonds, tels que les sources hydrothermales, ces organismes sont vitaux car ils sont les seuls autotrophes en l’absence de lumière solaire, maintenant ainsi la diversité biologique dans ces habitats extrêmes.
• Certains de ces organismes entretiennent des relations symbiotiques avec des invertébrés et des vertébrés, vivant dans leurs intestins et aidant à obtenir des nutriments.
• Dans les écosystèmes des sources hydrothermales, la chimiosynthèse constitue la base d’un riche réseau alimentaire, comprenant une variété d’espèces marines telles que les crevettes, les vers tubicoles et les poissons, qui dépendent de ces bactéries.
• La chimiosynthèse est considérée comme un type de métabolisme primitif qui aurait pu apparaître avant la photosynthèse, étant fondamental au début de la Terre.

• La photosynthèse et la chimiosynthèse sont des processus par lesquels les organismes produisent de la nourriture, mais ils fonctionnent différemment. La photosynthèse utilise l’énergie solaire, tandis que la chimiosynthèse utilise l’énergie chimique.
• La photosynthèse est essentielle dans les écosystèmes où la lumière solaire est suffisante, comme sur terre et dans les eaux peu profondes. D’un autre côté, la chimiosynthèse a lieu dans des environnements où la lumière du soleil n’est pas disponible, comme dans les sources hydrothermales.
• Si la photosynthèse est un processus bien connu et étudié, la chimiosynthèse a été explorée plus récemment, notamment suite à la découverte de communautés chimiosynthétiques sur les fonds marins en 1977.
• Les deux processus sont essentiels à la vie sur Terre, car la photosynthèse alimente la plupart des chaînes alimentaires terrestres, tandis que la chimiosynthèse soutient des écosystèmes uniques dans des environnements extrêmes sans lumière solaire.

Si vous souhaitez lire plus d’articles similaires à Chimiosynthèse : qu’est-ce que c’est, phases et organismes, nous vous recommandons d’entrer dans notre catégorie Biologie.