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Le phytoplancton se camoufle comme le caméléon

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Moteur de la photosynthèse, le phytoplancton fournit à la planète entière de généreuses quantités d'oxygène. Et l'on vient de découvrir chez l'un de ces micro-organismes un étonnant pouvoir de camouflage : tel un caméléon, le phytoplancton change de couleur pour mieux capter l'énergie solaire.

La cyanobactérie Synechococcus est un caméléon ! C'est l'un des organismes du phytoplancton qui fournit le plus d'oxygène à la planète : 20 % du total produit par le phytoplancton © Masur, Wikipédia, DP

Le phytoplancton utilise la lumière et le dioxyde de carbone (CO2) pour générer de l'oxygène, c'est le principe de la photosynthèse. L'une des espèces les plus répandues, la cyanobactérie Synechococcus, fournit à elle seule 20 % du total d'oxygène de la planète. Son omniprésence est due à une étonnante caractéristique. Cet organisme du phytoplancton, tel un caméléon, change ses pigments en fonction de la lumière du milieu ambiant et optimise ainsi l'absorption du rayonnement solaire.  

Les recherches, menées par une équipe de recherche internationale, étaient conduites par le chercheur David Kehoe à l'université Indiana de Bloomington (IUB). Publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (Pnas), l'étude a révélé que ces micro-organismes sont capables d'adapter leur pigment à la couleur de l’eau dans laquelle ils baignent. Les scientifiques ont réussi à caractériser le mécanisme moléculaire et identifier l'enzyme responsable du processus. 

Pour affiner ses propriétés d’absorption, l'organisme utilise un ensemble de pigments collecteurs photosynthétiques de la lumière. Ces protéines, les phycobiliprotéines, lui permettent de maximiser l'absorption de la lumière sur un large spectre. « Ces adaptateurs chromatiques sont de véritables caméléons qui peuvent efficacement vivre dans les eaux côtières vertes que dans les eaux bleues de mer en modifiant leur pigmentation » explique David Kehoe.

Les cyanobactéries Synechococcus sont de vrais caméléons. Au large, en pleine mer (Offshore waters), l'eau est bleue et leurs pigments absorbent majoritairement dans le bleu. En mer côtière (Coastal waters), les pigments optimisent l'absorption dans le vert. © University Indiana

L'acclimatation chromatique : un processus moléculaire bien au point ! 

En fonction de la couleur de l'eau donc l'organisme est capable de favoriser un pigment plus qu'un autre. Ce mécanisme de pivotement moléculaire, très répandu chez ces cyanobactéries, est appelé « acclimatation chromatique de type 4 » (CA4). Durant le processus, la pigmentation de deux principaux phycobiliprotéines de l'organisme, les phycoérythrines I et II se modifient. Ils s'adaptent aux changements la couleur de la lumière ambiante. 

L'enzyme MpeZ est la clé de ce tour de passe-passe. Elle joue un rôle de pivot dans le mécanisme qui autorise les phycoérythrines à modifier leur pigmentation. Le gène codant cette enzyme est activé dans la lumière bleue. Une fois produite, elle active les protéines antennes (les  phycoérythrines I et II) contenant des pigments qui captent la lumière verte et y accroche un chromophore alternatif : les antennes captent alors la lumière bleue. Le CA4 implique un remplacement de 3 chromophores phycoérythrobilin qui absorbent la lumière verte par un nombre équivalent de molécules absorbant dans le bleu.

Ces découvertes fournissent de nouvelles lumières sur les mécanismes moléculaires qui contrôlent un important processus photosynthétique. Les scientifiques espèrent ainsi comprendre en quoi les activités humaines affectent la capacité du phytoplancton à produire de l'oxygène et l'absorption du dioxyde de carbone qu'ils consomment pour se développer.