Décrit comme “révolutionnaire” par une équipe de chercheurs de la Scripps Establishment of Oceanography de l’UC San Diego, ce processus jusqu’alors inconnu représente entre 7% et 25% de tout l’oxygène produit et du carbone fixé dans l’océan. En considérant également la photosynthèse se produisant sur terre, les chercheurs ont estimé que ce mécanisme pourrait être responsable de la génération de jusqu’à 12% de l’oxygène sur l’ensemble de la planète.
Les scientifiques reconnaissent depuis longtemps l’importance du phytoplancton – des organismes microscopiques qui dérivent dans les environnements aquatiques – en raison de leur capacité à photosynthétiser. Ces minuscules algues océaniques forment la foundation du réseau trophique aquatique et on estime qu’elles produisent approximativement 50 % de l’oxygène sur Terre.
La nouvelle étude, publiée le 31 mai dans la revue Latest Biology, identifie comment une enzyme de pompage de protons (connue sous le nom de VHA) contribue à la output globale d’oxygène et à la fixation du carbone à partir du phytoplancton.
« Cette étude représente une percée dans notre compréhension du phytoplancton marin », a déclaré l’auteur principal Daniel Yee, qui a mené la recherche alors qu’il était doctorant à Scripps Oceanography et est actuellement chercheur postdoctoral conjoint au Laboratoire européen de biologie moléculaire et à l’Université de Grenoble Alpes. en France. “Au cours de thousands and thousands d’années d’évolution, ces petites cellules de l’océan effectuent de minuscules réactions chimiques, notamment pour produire ce mécanisme qui améliore la photosynthèse, qui a façonné la trajectoire de la vie sur cette planète.”
Travaillant en étroite collaboration avec le physiologiste de Scripps Martín Tresguerres, l’un de ses co-conseillers, et d’autres collaborateurs de Scripps et du Lawrence Livermore Countrywide Laboratory, Yee a dévoilé le fonctionnement interne complexe d’un groupe spécifique de phytoplancton connu sous le nom de diatomées, qui sont des algues unicellulaires célèbres. pour leurs parois cellulaires ornementales en silice.
Comprendre l’enzyme “pompe à protons”
Des recherches antérieures au laboratoire de Tresguerres ont permis d’identifier remark le VHA est utilisé par divers organismes dans des processus essentiels à la vie dans les océans. Cette enzyme se trouve dans presque toutes les formes de vie, des humains aux algues unicellulaires, et son rôle fondamental est de modifier le niveau de pH du milieu environnant.
“Nous imaginons les protéines comme des blocs Lego”, a expliqué Tresguerres, co-auteur de l’étude. “Les protéines font toujours la même selected, mais selon les autres protéines auxquelles elles sont associées, elles peuvent remplir une fonction très différente.”
En regardant cette recherche précédente, Yee s’est demandé remark l’enzyme VHA était utilisée dans le phytoplancton. Il a entrepris de répondre à cette dilemma en combinant des approaches de microscopie de haute technologie dans le laboratoire de Tresguerres et des outils génétiques développés dans le laboratoire du regretté scientifique Scripps Mark Hildebrand, qui était un qualified de premier system sur les diatomées et l’un des co-conseillers de Yee.
À l’aide de ces outils, il a pu étiqueter la pompe à protons avec une étiquette verte fluorescente et la localiser avec précision autour des chloroplastes, appelés « organites » ou buildings spécialisées dans les cellules de diatomées. Les chloroplastes des diatomées sont entourés d’une membrane supplémentaire par rapport aux autres algues, enveloppant l’espace où le dioxyde de carbone et l’énergie lumineuse sont convertis en composés organiques et libérés sous forme d’oxygène.
“Nous avons pu générer ces photos qui montrent la protéine d’intérêt et où elle se trouve à l’intérieur d’une cellule avec de nombreuses membranes”, a déclaré Yee. “En combinaison avec des expériences détaillées pour quantifier la photosynthèse, nous avons découvert que cette protéine favorise en fait la photosynthèse en délivrant plus de dioxyde de carbone, ce que le chloroplaste utilise pour produire des molécules de carbone plus complexes, comme les sucres, tout en produisant moreover d’oxygène en tant que sous-produit. produit.”
Connexion à l’évolution
Une fois le mécanisme sous-jacent établi, l’équipe a pu le relier à de multiples elements de l’évolution. Les diatomées sont concerns d’un événement symbiotique entre un protozoaire et une algue il y a approximativement 250 tens of millions d’années qui a abouti à la fusion des deux organismes en un seul, connu sous le nom de symbiogenèse. Les auteurs soulignent que le processus d’une cellule en consommant une autre, connu sous le nom de phagocytose, est répandu dans la character. La phagocytose repose sur la pompe à protons pour digérer la cellule qui agit comme resource de nourriture. Cependant, dans le cas des diatomées, quelque chose de spécial s’est produit dans lequel la cellule qui a été mangée n’a pas été complètement digérée.
“Au lieu qu’une cellule digère l’autre, l’acidification entraînée par la pompe à protons du prédateur a fini par favoriser la photosynthèse par la proie ingérée”, a déclaré Tresguerres. “Au fil du temps de l’évolution, ces deux organismes distincts ont fusionné en un seul, pour ce que nous appelons maintenant les diatomées.”
Toutes les algues n’ont pas ce mécanisme, les auteurs pensent donc que cette pompe à protons a donné aux diatomées un avantage dans la photosynthèse. Ils notent également que lorsque les diatomées sont apparues il y a 250 thousands and thousands d’années, il y avait une forte augmentation de l’oxygène dans l’atmosphère, et le mécanisme nouvellement découvert dans les algues pourrait avoir joué un rôle à cet égard.
On pense que la majorité des combustibles fossiles extraits du sol proviennent de la transformation de la biomasse qui a coulé au fond de l’océan, y compris les diatomées, pendant des tens of millions d’années, entraînant la formation de réserves de pétrole. Les chercheurs espèrent que leur étude pourra inspirer des approches biotechnologiques pour améliorer la photosynthèse, la séquestration du carbone et la manufacturing de biodiesel. De as well as, ils pensent que cela contribuera à une meilleure compréhension des cycles biogéochimiques mondiaux, des interactions écologiques et des impacts des fluctuations environnementales, telles que le changement climatique.
“Il s’agit de l’une des études les additionally passionnantes dans le domaine de la symbiose au cours des dernières décennies et elle aura un influence crucial sur les recherches futures dans le monde entier”, a déclaré Tresguerres.
Les co-auteurs supplémentaires incluent Raffaela Abbriano, Bethany Shimasaki, Maria Vernet, Greg Mitchell et le regretté Mark Hildebrand de Scripps Oceanography Ty Samo, Xavier Mayali et Peter Weber du Laboratoire countrywide Lawrence Livermore et Johan Decelle de l’Université Grenoble Alpes.
Les auteurs n’ont reçu aucun financement pour cette étude. Les études doctorales de Yee à Scripps Oceanography ont été soutenues par la bourse Scripps, la bourse de development des NIH et la bourse d’études supérieures Ralph Lewin. Les fonds de la dotation de recherche Arthur M. et Kate E. Tode de l’UC San Diego en sciences biologiques marines ont soutenu l’achat d’un microscope qui était essentiel pour la recherche.
