Le soufre et les bactéries

La vie est-elle possible sans dioxygène ? Oui. Pour certains ! La majorité des êtres vivants utilisent le dioxygène pour la respiration. Composé organique + O2 --> CO2CO2 + H2O + énergieénergie chimique. Les organismes disposant de ces seuls procédés sont « aérobiesaérobies stricts ». D'autres organismes « aérobies facultatifs » peuvent vivre avec ou sans dioxygène.

Riftia. © NOAA Okeanos Explorer Program, Galapagos Rift Expedition 2011, DP

ll est possible de dégrader les nutrimentsnutriments en résidus tels qu'acidesacides ou alcoolsalcools, sans utiliser de dioxygène, c'est la fermentationfermentation : composé organique --> Composé organique plus simple + CO₂ + énergie chimique. Ainsi, les levureslevures transforment le glucoseglucose en éthanol ; nos muscles, en manque de O₂, produisent de l'acide lactiqueacide lactique, d'où nos courbaturescourbatures.

Desulfovibrio desulfuricans.

Certains organismes simples sont « anaérobies stricts » par exemple les bactériesbactéries sulforéductrices : composé organique + sulfates SO₄ --> Composé organique + SoufreSoufre + énergie chimique.

Les premiers êtres vivants devaient fonctionner de cette manière. Une partie d'entre eux a disparu avec l'apparition du dioxygène. Les bactéries sulfoxydantes, elles, sont aérobies, vivent dans des eaux riches en hydrogène sulfuréhydrogène sulfuré produit par les bactéries sulforéductrices dans les eaux de marais ou des eaux d'origine volcanique (Leucothiobacteriales) ou les fumeurs noirsfumeurs noirs océaniques.

Le soufre peut s'accumuler dans la cellule ou à l'extérieur : acide sulfhydrique, oxygèneoxygène et fixateur d'électronsélectrons --> oxyde de soufre (ou soufre), eau et fixateur hydrogéné H₂S qui se transforme en SO₂ passe du DO -2 au DO +4 libérant ainsi 6 électrons pour former de l'ATPATP.

L'eau laiteuse de certaines vasières indique leur présence. Le pH est proche de 7,5 et le potentiel rédoxrédox (Eh) est positif (0).

Sulfolobus (ici, infecté par un virus). © Xiaoyu Xiang Wikipedia

Bactérie géante mangeuse de soufre (Science, avril 1999).

Le record de taille pour les bactéries est dévolu à Thiomargarita namibiensis avec 0.75 mm. Reliées les unes aux autres par du mucus elles forment des petits « colliers » visibles à l'œil nu. Dotées d'une immense vacuole pleine de nitrates, elles renferment de grandes quantités de globules de soufre. Elles tirent l'énergie nécessaire à leur métabolisme de l'oxydation du soufre couplée à une réduction de nitrates. Ces derniers étant peu disponibles, elles les accumulent lors des gros orages qui permettent aux nitrates de percoler dans les sédiments où elles se trouvent. Entre deux, eh bien, elles retiennent leur respiration !

Les fumeurs noirs

Sur la dorsale Atlantique, 3.650 m de fond, 315 °C, près des fumerolles certains lieux grouillent de vie. Des vers Riftia de 2 mètres de long sont groupés en bouquets. Sans tube digestif, ces vers géants sont nourris par les bactéries qui oxydent les composés sulfureux.

Dans les abysses du Pacifique, poissons, crabes, étoiles de mer, anémones et spirographes vivent aussi dans ces conditions : 5.200 m de profondeur, température de 350 °C. On dénombre plus de 350 espèces dans ces milieux. Voici quelques exemples de records pour les bactéries (d'après le journal du net et sous réserve de nouvelles découvertes).

Fumeur noir.

Fumeur noir. © Bourque

Métabolisme des bactéries sulfato-réductrices

Elles appartiennent au domaine des Bacteria avec les genres Desulfovibrio Desulfotomaculum en particulier. Le genre Archeoglobulus, lui, fait partie des Archea. Les espèces peuvent remplacer l'hydrogène comme donneur d'électrons par divers composés : acétate, éthanol, lactate, etc. Elles sont hétérotrophes et utilisent le sulfate comme accepteur d'électrons. Widdel les répartit en deux groupes :

• Desulfovibrio desulfuricans, Desulfomonas ou Desulfotomaculum nigrificans par ex. chez qui l'oxydation du lactate et de l'éthanol s'arrête à l'acétate ;
• Desulfobacterium autotrophicum, Desulfonema ou Desulfobacter, par exemple, chez qui l'oxydation est totale.

Elles ont la capacité chimio-physiologique de remplacer le sulfate par le nitrate, le nitrite, le thiosulfate ou le soufre. Elles peuvent ainsi coloniser de nombreux biotopes comme nous venons de le voir.

• Archeaoglobulus fulgitus est hyperthermophile.
• Desulfotomaculum acetoxidans est caractérisé par une forte concentration en NaCl.
• Desulfovibrio desulfuricans peut vivre entre 0 et 60 g.L-1 de NaCl !

Elles peuvent aussi supporter quantité de toxiques, la réalité dépassant ici la fiction (voir le paragraphe sur le drainage minier acide mentionné ci-dessous), certaines pourraient être utilisées pour appauvrir certains pétroles en soufre, etc.

À lire sur notre site « Vie et structure des océans » de Pierre-André Bourque, et également « Bactéries et microbes en tout genre ». Voici donc un petit aperçu de ces êtres vivants pour le moins surprenants...