écologie

La pompe biotique est un phénomène naturel qui a été mis en évidence par des chercheurs. L’étude la plus complète concernant la pompe biotique est celle conduite par une équipe scientifique russe, animée par Anastassia Makarieva et Victor Gorshkov.

Le principe de ce phénomène tient au mécanisme suivant :

1 Les espaces forestiers ont capables d’accroitre la capacité des sols à absorber l’eau de pluie en comparaison de surfaces faiblement végétalisées ou de simples surfaces agricoles. Les systèmes racinaires des arbres et la matière organique des sols forestiers favorisent la pénétration de l'eau dans les terrains qui peuvent alors stocker plus. Dans un champ sans culture (comme souvent en hiver en France) l’eau après une forte pluie s'infiltre moins facilement dans le sol, reste en surface et s’évapore ou ruisselle plus rapidement vers les cours d'eau.

2 Les arbres régulent ensuite le retour de l’eau vers l'atmosphère par évapotranspiration. C’est le résultat de processus physico-chimique de la photosynthèse, qui absorbe le gaz carbonique et l’eau pour produire de l’oxygène et les matières organiques de l’arbre, bois et feuillages.  Une partie de cette eau pompée du sol échappe à la photosynthèse et retourne à l’atmosphère par les stomates des feuilles ou des épines de résineux.

3 L’évaporation dans l’atmosphère au-dessus des massifs forestiers accentue les phénomènes de condensation et restitue de la chaleur. Cet effet par conséquent peut créer une zone dépressionnaire sur les massifs.

4 Si le massif forestier se trouve proche d’une façade maritime, la dépression peut être plus importante qu’au-dessus de la mer et engendre donc une circulation de la mer vers l’intérieur des terres, qui peut aller au-delà de la simple brise de mer, phénomène diurne.

5 Si le massif forestier est très étendu, ou si plusieurs massifs forestiers se jouxtent vers l’intérieur des continents, le flux d’air chargé en eau se propage vers l’intérieur des continents, favorisant ainsi le transport de l’eau depuis les mers et océans.

6 Même en cas de masses d’air circulant naturellement des mers vers les terres, les forêts ont cette capacité de recharger l’atmosphère en eau pour la transporter plus loin.

L’ensemble de ce processus est appelé pompe biotique.

Lorsque l’on procède à de vastes déforestations comme en Amazonie, on désamorce la pompe biotique, les précipitations diminuent et on peut créer des zones désertiques. C’est ce que l’on observe en Amazonie, ou une diminution du rythme des précipitations suit l’abattage à grande échelle de la forêt.

On voit ainsi que la forêt peut influer le climat en accompagnant le cycle de l’eau et en favorisant les précipitations.  

 

Auteur: Internet

Info: https://www.terre-du-futur.fr/pompe-biotique-definition/

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survie

Même chez les plantes, l'habit ne fait pas le moine
Le Kwongan est une région écologique unique du sud-ouest de l'Australie. Elle a dévoilé quelques secrets souterrains du royaume végétal à des chercheurs de l'Université de Montréal et de l'University of Western Australia. Dans cet endroit on retrouve un type de végétation arbustive exceptionnellement riche en espèces qui poussent sur des sols parmi les plus infertiles au monde..
Cette particularité a permis aux chercheurs de découvrir que les plantes utilisent une diversité époustouflante de stratégies d'acquisition des éléments nutritifs dans ces sols extrêmement infertiles. "En milieu naturel, les plantes adaptées aux sols infertiles utilisent presque toutes la même stratégie aérienne leur permettant d'utiliser les nutriments du sol très efficacement: elles produisent des feuilles très coriaces qui persistent pendant plusieurs années. Par contre, jusqu'à maintenant la diversité des adaptations souterraines des racines dans les sols très pauvres demeurait inconnue.
Selon leur étude publiée dans la revue Nature Plants, le Kwongan contient presque toutes les adaptations d'acquisition des nutriments connues dans le monde végétal, sur des sols si pauvres que l'agriculture y est totalement impossible sans avoir recours à une quantité phénoménale de fertilisants. "Jusqu'ici, les scientifiques croyaient que la sélection naturelle aurait dû favoriser une seule stratégie racinaire particulièrement efficace pour l'acquisition des nutriments, étant donné l'extrême infertilité des sols, or, contrairement à ce que l'on observe pour le feuillage, où les différentes espèces de plantes convergent toutes vers la même stratégie d'utilisation efficace des nutriments dans les feuilles, il ne semble pas exister de solution miracle d'acquisition des nutriments par les racines dans les sols très pauvres. Des plantes poussant côte-à-côte peuvent utiliser des stratégies complètement différentes avec autant de succès.
Si les arbustaies semi-arides d'Australie sont perçues comme banales et homogènes, la réalité s'avère complètement différente. "Certaines plantes forment des symbioses racinaires avec des champignons, d'autres avec des bactéries, tandis que d'autres capturent et digèrent des insectes pour les nutriments qu'ils contiennent. De plus, un autre grand groupe d'espèces excrètent des composés organiques leur permettant d'augmenter la disponibilité des nutriments, dit Graham Zemunik, premier auteur de l'étude. Le Kwongan australien est l'un des points chauds de la diversité végétale sur la planète, au même titre que les forêts tropicales".
"Partout dans le monde, on transforme les écosystèmes à un rythme effarant, déclare M Zemunik. Afin de protéger la biodiversité dans le mesure du possible, il essentiel de mieux comprendre le fonctionnement des écosystèmes. Pour y parvenir, notre étude démontre l'importance d'étudier ce qui est dissimulé sous terre et qui n'est pas immédiatement perceptible."
Cette étude, financée par le Conseil australien de la Recherche et la Fondation Kwongan, fait partie d'un programme de recherche plus large mené par le professeur Etienne Laliberté explorant les liens entre la fertilité des sols, la biodiversité végétale et le fonctionnement des écosystèmes. Il est affilié à l'Institut de recherche en biologie végétale de l'Université de Montréal et son département des sciences biologiques. Il est également affilé à la School of Plant Biology de l'University of Western Australia, où il était superviseur de doctorat du premier auteur de l'étude, Graham Zemunik.

Auteur: Internet

Info: avril 2015

[ végétaux ] [ interaction ]

palier évolutif

Découverte d’une nouvelle forme de vie née de la fusion d’une bactérie avec une algue

Ayant eu lieu il y a 100 millions d’années, il s’agit seulement du troisième cas connu de ce phénomène.

(Image - La forme de vie née de la fusion entre l'algue Braarudosphaera bigelowii et la cyanobactérie UCYN-A."

Des chercheurs ont découvert une forme de vie de nature extrêmement rare née de la fusion d’une algue avec une bactérie fixatrice d’azote il y a 100 millions d’années. Appelé endosymbiose primaire, le phénomène se produit lorsqu’un organisme en engloutit un autre pour faire de celui-ci un organite, à l’instar des mitochondries et des chloroplastes. Il s’agit du troisième cas recensé d’endosymbiose. Il pourrait ouvrir la voie à une production plus durable d’azote pour l’agriculture.

Au cours des 4 milliards d’années de vie sur Terre, seulement deux cas d’endosymbiose primaire étaient connus jusqu’ici. La première s’est produite il y a 2,2 milliards d’années, lorsqu’une archée a absorbé une bactérie pour l’intégrer dans son arsenal métabolique en la convertissant en mitochondrie. Cette étape constitue une phase majeure dans l’évolution de tous les organismes sur Terre, leur permettant notamment d’évoluer vers des formes plus complexes.

(Photo : Des mitochondries dans une cellule.)

La seconde endosymbiose primaire connue s’est produite il y a 1,6 milliard d’années, lorsque des organismes unicellulaires ont absorbé des cyanobactéries capables de convertir la lumière en énergie (photosynthèse). Ces bactéries sont devenues les chloroplastes que les plantes chlorophylliennes utilisent encore à ce jour pour convertir la lumière du Soleil en énergie.

D’un autre côté, on pensait que seules les bactéries pouvaient extraire l’azote atmosphérique et le convertir en une forme utilisable (en ammoniac) pour le métabolisme cellulaire. Les plantes pouvant fixer l’azote (comme les légumineuses) effectuent ce processus en hébergeant ces bactéries au niveau de leurs nodules racinaires.

La découverte de l’équipe du Berkeley Lab bouleverse cette notion avec le premier organite capable de fixer de l’azote et intégré dans une cellule eucaryote (une algue marine). " Il est très rare que des organites résultent de ce genre de choses ( endosymbiose primaire ) ", explique Tyler Coale de l’Université de Californie à Santa Cruz, dans un communiqué du Berkeley Lab. " La première fois que cela s’est produit à notre connaissance, cela a donné naissance à toute vie complexe. Tout ce qui est plus compliqué qu’une cellule bactérienne doit son existence à cet événement ", a-t-il déclaré, en faisant référence aux origines des mitochondries. Le nouvel organite, décrit dans deux études publiées dans les revues Cell Press et Science, est baptisé " nitroplaste ".

Un organite à part entière

La découverte de l’organite a nécessité plusieurs décennies de travail. En 1998, les chercheurs ont identifié une courte séquence d’ADN qui semblait provenir d’une cyanobactérie fixatrice d’azote (UCYN-A) abondante dans le Pacifique. D’un autre côté, une autre équipe de l’Université de Kochi (au Japon) a identifié une algue marine (Braarudosphaera bigelowii) qui semblait être l’hôte symbiotique de la bactérie. En effet, l’ADN de cette dernière a été découvert en importante quantité dans les cellules de l’algue.

Alors que les chercheurs considéraient l’UCYN-A comme un simple endosymbiote de l’algue, les deux nouvelles études suggèrent qu’elle a co-évolué avec son hôte de sorte à devenir un organite à part entière. En effet, après plus de 300 expéditions, l’équipe japonaise est parvenue à isoler et cultiver l’algue en laboratoire. Cela a permis de montrer que le rapport de taille entre les UCYN-A et leurs algues hôtes est similaire d’une espèce à l’autre.

D’autre part, les chercheurs ont utilisé un modèle informatique pour analyser la croissance de la cellule hôte et de la bactérie par le biais des échanges de nutriments. Ils ont constaté que leurs métabolismes sont parfaitement synchronisés, ce qui leur permettrait de coordonner leur croissance. " C’est exactement ce qui se passe avec les organites ", explique Jonathan Zehr, de l’Université de Californie à Santa Cruz et coauteur des deux études. " Si vous regardez les mitochondries et le chloroplaste, c’est la même chose : ils évoluent avec la cellule ", ajoute-t-il.

Les experts ont également montré que la bactérie UCYN-A repose sur sa cellule hôte pour sa réplication protéique et sa multiplication. Pour ce faire, ils ont utilisé une technique d’imagerie à rayons X et une tomographie permettant d’observer les processus cellulaires en temps réel. " Nous avons montré grâce à l’imagerie à rayons X que le processus de réplication et de division de l’hôte algal et de l’endosymbiote est synchronisé ", indique Carolyn Larabell, du Berkeley Lab.

(Illustrations montrant les algues à différents stades de division cellulaire. UCYN-A, l’entité fixatrice d’azote désormais considérée comme un organite, est visible en cyan ; le noyau des algues est représenté en bleu, les mitochondries en vert et les chloroplastes en violet.)

Une quantification des protéines des deux organismes a aussi été réalisée. Il a été constaté qu’environ la moitié des protéines de l’UCYN-A est synthétisée par sa cellule hôte, qui les marque avec une séquence protéinique spécifique. Ce marquage permet ensuite à la cellule de les envoyer au nitroplaste, qui les importe et les utilise pour son propre métabolisme. " C’est l’une des caractéristiques de quelque chose qui passe d’un endosymbionte à un organite ", explique Zehr. " Ils commencent à éjecter des morceaux d’ADN, et leurs génomes deviennent de plus en plus petits, et ils commencent à dépendre de la cellule mère pour que ces produits génétiques soient transportés dans la cellule ".

Un potentiel pour une production d’azote plus durable

Les chercheurs estiment que les nitroplastes ont évolué il y a environ 100 millions d’années. Comme l’UCYN-A est présente dans presque tous les océans du monde, elle est probablement impliquée dans le cycle de l’azote atmosphérique. Cette découverte pourrait avoir d’importantes implications pour l’agriculture, le procédé industriel utilisé actuellement pour convertir l’azote atmosphérique en ammoniac (procédé Haber-Bosch) étant très énergivore. Ce dernier permet notamment d’assurer 50 % de la production alimentaire mondiale et est responsable d’environ 1,4 % des émissions carbone.

Toutefois, de nombreuses questions restent sans réponse concernant le nitroplaste et son hôte algal. En prochaine étape, les chercheurs prévoient ainsi de déterminer s’il est présent dans d’autres cellules ainsi que les effets que cela pourrait avoir. Cela pourrait permettre d’intégrer directement la fixation de l’azote dans les plantes de sorte à améliorer les récoltes. 



 

Auteur: Internet

Info: https://trustmyscience.com/ - Valisoa Rasolofo & J. Paiano·19 avril 2024

[ symbiogénétique ]