Le soufre, l’acide sulfurique et leurs dérivés sont présents partout dans notre existence : pollution, engrais, chimie industrielle, etc. Ce dossier vous donnera l’occasion de faire le point sur cet élément et ses nombreux composés dont certains, les protéines, sont essentiels à la vie !
La vie est-elle possible sans dioxygène ? Oui. Pour certains ! La majorité des êtres vivants utilisent le dioxygène pour la respiration. Composé organique + O2 --> CO2 + H2O + énergie chimique. Les organismes disposant de ces seuls procédés sont « aérobies stricts ». D'autres organismes « aérobies facultatifs » peuvent vivre avec ou sans dioxygène.
ll est possible de dégrader les nutriments en résidus tels qu'acides ou alcools, sans utiliser de dioxygène, c'est la fermentation : composé organique --> Composé organique plus simple + CO2 + énergie chimique. Ainsi, les levures transforment le glucose en éthanol ; nos muscles, en manque de O2, produisent de l'acide lactique, d'où nos courbatures.
Certains organismes simples sont « anaérobies stricts » par exemple les bactéries sulforéductrices : composé organique + sulfates SO4 --> Composé organique + Soufre + 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 sulfuré produit par les bactéries sulforéductrices dans les eaux de marais ou des eaux d'origine volcanique (Leucothiobacteriales) ou les fumeurs noirs océaniques.
Le soufre peut s'accumuler dans la cellule ou à l'extérieur : acide sulfhydrique, oxygène et fixateur d'électrons --> 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'ATP.
L'eau laiteuse de certaines vasières indique leur présence. Le pH est proche de 7,5 et le potentiel rédox (Eh) est positif (0).
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).
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...