658 cinquième partie La diversité biologique à travers l’évolution
retour sur le ConCept 27.4
1. Expliquez pourquoi la systématique moléculaire
a contribué à améliorer notre compréhension
de la phylogenèse des Procaryotes.
2. De quelle façon la prospection génétique atelle
amélioré notre compréhension de la phylogenèse
des Procaryotes et de leur diversité ?
3.
et si ?
Qu’estce que la découverte d’une
espèce bactérienne méthanogène laisserait entrevoir
quant à l’évolution de la voie métabolique productrice de méthane ?
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
27.5
Les procaryotes remplissent des
fonctions essentielles dans la biosphère
Si, dès demain, les humains disparaissaient de la planète, la
vie sur Terre serait différente pour de nombreuses espèces,
mais peu d’entre elles disparaîtraient. Les Procaryotes, par
contre, sont si indispensables à la biosphère que leur disparition ne laisserait à toutes les autres formes de vie qu’une bien
faible chance de survie.
Le recyclage des éléments chimiques
Les atomes qui constituent les molécules organiques présentes
dans tous les organismes vivants faisaient autrefois partie des
composés inorganiques du sol, de l’air et de l’eau. Ils finissent
d’ailleurs par en refaire partie. Les écosystèmes dépendent de
la circulation continuelle des éléments chimiques entre les
composantes vivantes et non vivantes de l’environnement,
et les Procaryotes jouent un rôle essentiel dans ce processus.
Ainsi, les Procaryotes chimiohétérotrophes agissent à titre de
décomposeurs, c’estàdire qu’ils dégradent les organismes
morts et les déchets, libérant du même coup des réserves de
carbone, d’azote et d’autres éléments. Sans l’action des Procaryotes et d’autres décomposeurs comme les Eumycètes, toute
vie terrestre cesserait. (Voir le chapitre 55, qui traite en détail
des cycles des éléments chimiques.)
Les Procaryotes transforment également les molécules, ce
qui les rend assimilables par d’autres organismes. Les Cyanobactéries et d’autres Procaryotes autotrophes utilisent du CO 2
pour produire des composés organiques, comme le glucose,
qui circulent ensuite jusqu’aux niveaux les plus élevés des
chaînes alimentaires. Quant aux Cyanobactéries, elles produisent de l’O 2 atmosphérique, et divers Procaryotes fixent le
diazote (N 2 ) sous des formes que d’autres organismes peuvent
utiliser pour fabriquer des protéines et des acides nucléiques.
En outre, dans certaines conditions, les Procaryotes peuvent
accroître la disponibilité des nutriments essentiels à la croissance des plantes, comme l’azote, le phosphore et le potassium (figure 27.18). Les Procaryotes peuvent aussi réduire
l’apport nutritif d’éléments importants en « immobilisant »
les nutriments qu’ils utilisent pour synthétiser les molécules
constitutives et fonctionnelles de leurs cellules. Les Procaryotes ont donc des effets complexes sur la concentration des
nutriments présents dans le sol. Une étude réalisée en 2005 a
révélé que, dans les environnements marins, une Archée du
clade des Crénarchées est capable de nitrification, une étape
importante du cycle de l’azote (voir la figure 55.14, p. 1416). Les
populations de Crénarchées surpassent toutes les autres dans
les océans, qui selon les estimations compteraient 10
28
Crénarchées. L’abondance prodigieuse de ces organismes donne
à penser qu’ils jouent un rôle important dans le cycle de
l’azote ; les scientifiques explorent cette possibilité.
Les interactions écologiques
Les Procaryotes jouent un rôle crucial dans de nombreuses
interactions écologiques.
Prenons l’exemple de la symbiose, qui désigne les relations écologiques qu’entretiennent des organismes d’espèces
différentes vivant en contact direct. Ce terme a été forgé à
partir des mots sun, « avec », et bios, « vie », ce qui signifie « vie
avec » ou « vie commune »). Les Procaryotes forment souvent
des associations symbiotiques avec des organismes beaucoup
plus gros qu’eux. En général, le plus gros des deux organismes constitue l’hôte et le plus petit se nomme symbionte
(ou symbiote). Il existe de nombreux cas de mutualisme,
dans lequel un Procaryote et son hôte entretiennent une relation écologique qui profite aux deux espèces (figure 27.19).
D’autres interactions prennent la forme du commensalisme,
c’estàdire d’une relation qui procure des avantages à une
seule des deux espèces, sans toutefois nuire à l’autre ni l’aider
de manière marquée. Par exemple, plus de 150 espèces de bactéries vivent sur le corps humain et recouvrent des portions
Absorption de potassium par les végétaux (en mg)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Sans
bactérie
Souche 3
Semis cultivés
en laboratoire
Souche 2
Souche 1
Traitement du sol
m Figure 27.18 L’effet des bactéries sur l’apport nutritif des sols.
Les semis de pins cultivés dans des sols stériles auquels on a ajouté l’une
ou l’autre des trois souches de Burkholderia glathei ont absorbé plus de
potassium (K) que les semis cultivés dans un sol dépourvu de bactéries.
D’autres résultats (non présentés ici) montrent que la souche 3 accroît
la libération de potassium provenant des minéraux du sol.
et si ?
Estimez la quantité moyenne de potassium absorbé par les
semis dans les sols enrichis de bactéries. Selon vous, à quoi ressembleraient
ces moyennes si les bactéries n’avaient aucun effet sur l’apport nutritif ?
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1. Expliquez pourquoi la systématique moléculaire
a contribué à améliorer notre compréhension
de la phylogenèse des Procaryotes.
2. De quelle façon la prospection génétique atelle
amélioré notre compréhension de la phylogenèse
des Procaryotes et de leur diversité ?
3.
et si ?
Qu’estce que la découverte d’une
espèce bactérienne méthanogène laisserait entrevoir
quant à l’évolution de la voie métabolique productrice de méthane ?
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
27.5
Les procaryotes remplissent des
fonctions essentielles dans la biosphère
Si, dès demain, les humains disparaissaient de la planète, la
vie sur Terre serait différente pour de nombreuses espèces,
mais peu d’entre elles disparaîtraient. Les Procaryotes, par
contre, sont si indispensables à la biosphère que leur disparition ne laisserait à toutes les autres formes de vie qu’une bien
faible chance de survie.
Le recyclage des éléments chimiques
Les atomes qui constituent les molécules organiques présentes
dans tous les organismes vivants faisaient autrefois partie des
composés inorganiques du sol, de l’air et de l’eau. Ils finissent
d’ailleurs par en refaire partie. Les écosystèmes dépendent de
la circulation continuelle des éléments chimiques entre les
composantes vivantes et non vivantes de l’environnement,
et les Procaryotes jouent un rôle essentiel dans ce processus.
Ainsi, les Procaryotes chimiohétérotrophes agissent à titre de
décomposeurs, c’estàdire qu’ils dégradent les organismes
morts et les déchets, libérant du même coup des réserves de
carbone, d’azote et d’autres éléments. Sans l’action des Procaryotes et d’autres décomposeurs comme les Eumycètes, toute
vie terrestre cesserait. (Voir le chapitre 55, qui traite en détail
des cycles des éléments chimiques.)
Les Procaryotes transforment également les molécules, ce
qui les rend assimilables par d’autres organismes. Les Cyanobactéries et d’autres Procaryotes autotrophes utilisent du CO 2
pour produire des composés organiques, comme le glucose,
qui circulent ensuite jusqu’aux niveaux les plus élevés des
chaînes alimentaires. Quant aux Cyanobactéries, elles produisent de l’O 2 atmosphérique, et divers Procaryotes fixent le
diazote (N 2 ) sous des formes que d’autres organismes peuvent
utiliser pour fabriquer des protéines et des acides nucléiques.
En outre, dans certaines conditions, les Procaryotes peuvent
accroître la disponibilité des nutriments essentiels à la croissance des plantes, comme l’azote, le phosphore et le potassium (figure 27.18). Les Procaryotes peuvent aussi réduire
l’apport nutritif d’éléments importants en « immobilisant »
les nutriments qu’ils utilisent pour synthétiser les molécules
constitutives et fonctionnelles de leurs cellules. Les Procaryotes ont donc des effets complexes sur la concentration des
nutriments présents dans le sol. Une étude réalisée en 2005 a
révélé que, dans les environnements marins, une Archée du
clade des Crénarchées est capable de nitrification, une étape
importante du cycle de l’azote (voir la figure 55.14, p. 1416). Les
populations de Crénarchées surpassent toutes les autres dans
les océans, qui selon les estimations compteraient 10
28
Crénarchées. L’abondance prodigieuse de ces organismes donne
à penser qu’ils jouent un rôle important dans le cycle de
l’azote ; les scientifiques explorent cette possibilité.
Les interactions écologiques
Les Procaryotes jouent un rôle crucial dans de nombreuses
interactions écologiques.
Prenons l’exemple de la symbiose, qui désigne les relations écologiques qu’entretiennent des organismes d’espèces
différentes vivant en contact direct. Ce terme a été forgé à
partir des mots sun, « avec », et bios, « vie », ce qui signifie « vie
avec » ou « vie commune »). Les Procaryotes forment souvent
des associations symbiotiques avec des organismes beaucoup
plus gros qu’eux. En général, le plus gros des deux organismes constitue l’hôte et le plus petit se nomme symbionte
(ou symbiote). Il existe de nombreux cas de mutualisme,
dans lequel un Procaryote et son hôte entretiennent une relation écologique qui profite aux deux espèces (figure 27.19).
D’autres interactions prennent la forme du commensalisme,
c’estàdire d’une relation qui procure des avantages à une
seule des deux espèces, sans toutefois nuire à l’autre ni l’aider
de manière marquée. Par exemple, plus de 150 espèces de bactéries vivent sur le corps humain et recouvrent des portions
Absorption de potassium par les végétaux (en mg)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Sans
bactérie
Souche 3
Semis cultivés
en laboratoire
Souche 2
Souche 1
Traitement du sol
m Figure 27.18 L’effet des bactéries sur l’apport nutritif des sols.
Les semis de pins cultivés dans des sols stériles auquels on a ajouté l’une
ou l’autre des trois souches de Burkholderia glathei ont absorbé plus de
potassium (K) que les semis cultivés dans un sol dépourvu de bactéries.
D’autres résultats (non présentés ici) montrent que la souche 3 accroît
la libération de potassium provenant des minéraux du sol.
et si ?
Estimez la quantité moyenne de potassium absorbé par les
semis dans les sols enrichis de bactéries. Selon vous, à quoi ressembleraient
ces moyennes si les bactéries n’avaient aucun effet sur l’apport nutritif ?