Zoom sur les microbes

Dans toutes les couches du sol, les micro-organismes sont aussi divers qu’abondants. Ils s’y nourrissent de matière organique morte qu’ils découpent en fines particules alors assimilables par les végétaux de toutes tailles. Véritables décomposeurs des déchets organiques environnants, les micro-organismes sont les agents, dits de déminéralisation, responsables des grands cycles de la matière.

Les micro-organismes des profondeurs

Les sols sont caractérisés par des couches d’épaisseur et de structure variables. Qu’il s’agisse de couleur, texture, structure, porosité, pH, contenu organique ou contenu minéral, chaque couche diffère de celle qui la précède ou de celle qui la suit. Ces propriétés distinctives influencent à leur tour l’humidité, le contenu gazeux et le contenu biologique des différentes strates du sol.

Une couche riche en matière organique, lieu d’une grande activité biologique, est ainsi très différente d’une couche faite de roc qui a peu de matière organique et donc peu d’activité biologique. Des bactéries vivent à des milliers de mètres sous la surface de la terre dans les réservoirs de pétrole souterrains. Certaines de ces bactéries utilisent l’hydrogène gazeux comme énergie ainsi que le carbone du dioxyde de carbone, bien que celui-ci soit inorganique. Ces bactéries excrètent des composés organiques simples que d’autres bactéries consomment à leur tour. Ces micro-organismes peuvent persister indéfiniment sans source de carbone provenant de la surface car les nutriments qui leur sont essentiels sont constamment renouvelés.

Dans ces formations rocheuses où les sources d’énergie et de nourriture sont rares, les bactéries se sont adaptées en rétrécissant de quelques microns à moins d’un micron. En utilisant leurs réserves lors des périodes de privation, elles ont ainsi limité définitivement leur métabolisme. La fréquence de leur division cellulaire est d’une fois par siècle ou moins alors que les bactéries de la surface se reproduisent, en quelques minutes à peine, quelques heures ou au plus quelques mois.

Le rôle des micro-organismes dans le recyclage

En servant de liens entre les animaux et les plantes, les micro-organismes jouent un rôle clé dans le maintien de la vie sur la Terre. Responsables de nombreuses transformations, ils convertissent les plantes et les animaux morts en substances inorganiques simples nourrissant les plantes, qui à leur tour serviront de nourriture aux animaux. Les micro-organismes sont ainsi indispensables à plusieurs des procédés biochimiques essentiels qui recyclent les éléments comme le soufre, l’azote et le carbone.

Il n’existe presque pas d’azote sous forme minérale mais au-dessus de chaque hectare de terre, il y a jusqu’à 78 millions de kg d’azote gazeux : le N₂. Celui-ci est très stable et constitue 79 % de l’atmosphère. Malgré qu’il soit essentiel à la synthèse de protéines qui caractérisent chaque être vivant, l’azote dans sa forme gazeuse ne peut être assimilé par la plupart des êtres vivants.

Bactéries Azotobacter, Clostridium et algues bleues transformant N₂ en ammoniac ( NH₃) utilisable par les plantes et les bactéries (flèche menant le NH₃ à une plante). Grâce à la chaîne alimentaire, l’azote fait ensuite partie des constituantes des animaux. Les excréments, les cadavres et les végétaux morts sont des déchets qui contiennent de l’azote sous forme organique. Ces déchets sont transformés en ammoniac ( NH₃) par des bactéries qui participent à la décomposition. La nitrification est le processus par lequel l’ammoniac est transformé par les bactéries nitrifiantes (ex. Nitrosomonas) en nitrite (NO^2-) puis en nitrate (NO^3-) par les Nitrobacters. Ces nitrates peuvent ensuite être transformés en N₂ qui retourne dans l’atmosphère par un processus de dénitrification accompli par plusieurs espèces bactériennes dont Paracoccus denitrificans. Ainsi, l’azote circule dans la biosphère et se transforme d’organismes en organismes. Les nitrates (NO^3-) servent également d’engrais aux plantes. Celles-ci les absorbent par leurs racines et les utilisent dans la synthèse des acides aminés, puis des protéines.

L’atmosphère au-dessus d’un hectare de terre contient cinquante tonnes de dioxyde de carbone (CO₂) et les organismes vivants en retournent cinquante tonnes dans l’atmosphère chaque année. Le dioxyde de carbone peut être fixé en composé organique par les plantes vertes, les algues, les cyanobactéries, les bactéries phototrophes mauves et vertes ainsi que les bactéries chémoautotrophes.

Ces organismes utilisent les hydrates de carbone, qu’ils forment en fixant le CO₂, pour construire des composés organiques complexes comme la cellulose. Certains micro-organismes, des bactéries et des champignons, utilisent deux enzymes pour dégrader la cellulose présente dans les plantes mortes sous forme de glucose. Ce glucose peut alors être utilisé par plusieurs sortes de micro-organismes. L’oxydation complète du glucose donne de l’H₂O et du CO₂. Le dioxyde de carbone n’est pas seulement produit par la décomposition d’hydrates de carbone. Il est également produit par la décomposition des acides aminés issus de la protéolyse et par la décomposition des acides gras provenant de la décomposition des lipides.

Dans sa forme élémentaire, le soufre ne peut être utilisé ni par les plantes ni par les animaux. Cependant, quelques bactéries peuvent oxyder le soufre en sulfate qui est facilement utilisable par toutes les formes de vie. Les plantes, par exemple, capturent le soufre présent dans les sulfates afin de réaliser la synthèse de certains acides aminés (cystine, cystéine, méthionine) qui sont des composés essentiels à la fabrication de leurs protéines.

Les bactéries Thiobacillus thiooxidans oxydent le soufre en sulfate (SO₄^2-). C’est un procédé aérobie chémoautotrophe pendant lequel de l’acide est produit, ce qui réduit le pH des sols alcalins. Les plantes mortes et les micro-organismes du sol dégradent les protéines contenant du soufre en acides aminés. Ceux-ci sont dégradés par l’enzyme désulfurase des bactéries anaérobies du genre Desulfotomaculum. Le soufre est relâché sous forme de sulfure d’hydrogène (H₂S). Quelques espèces de bactéries phototrophes vertes et mauves peuvent oxyder le sulfure d’hydrogène qui est produit par la réduction de sulfate et la décomposition d’acides aminés. Ce procédé d’oxydation produit du soufre à l’état d’élément (S).

Les micro-organismes peuplent l’air de façon transitoire et variable. L’air est porteur de poussières et de gouttes d’eau, en provenance de la surface de la terre, des océans et des autres étendues d’eau, qui sont chargées de micro-organismes. Ces particules peuvent se déposer rapidement ou être transportées sur des mètres, voire des kilomètres. Certains micro-organismes, lorsqu’ils se retrouvent dans l’atmosphère, meurent en quelques fractions de secondes, d’autres survivent pendant des années. Des algues, des protozoaires, des levures, des moisissures, des bactéries et des virus ont déjà été isolés de l’air. Dans l’atmosphère urbaine, parmi tous les micro-organismes retrouvés, ce sont les spores de moisissures, plus particulièrement celles du genre Cladosporium, qui sont les plus nombreuses.

Les micro-organismes sont présents de façon naturelle sur la peau et dans certaines niches écologiques du corps humain. Lorsqu’ils sont contrôlés et qu’il y a équilibre entre eux, ils sont généralement inoffensifs. On dit même qu’ils assureraient une certaine protection par leur simple présence, empêchant ainsi les micro-organismes pathogènes « d’occuper le terrain ».