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Rôle prépondérant des bactéries pourpres dans la formation des stromatolites du lac Dziani Dzaha, Mayotte

À l’aide d’une approche associant des techniques de micro-imagerie et d’écologie microbienne, une équipe pluridisciplinaire (1) a pu mettre en évidence le rôle prépondérant d’alphaprotéobactéries phototrophes dans la formation des stromatolites du lac Dziani Dzaha à Mayotte. La précipitation des carbonates de calcium dans ces stromatolites semble essentiellement liée à la photosynthèse anoxygénique, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour l’analyse du registre fossile.

Rôle prépondérant des bactéries pourpres dans la formation des stromatolites du lac Dziani Dzaha, Mayotte

Date de publication : 13/07/2018

Presse, Recherche

Figure 1 : Stromatolites partiellement émergés du lac Dziani Dzaha à Mayotte. La couleur verte de l’eau est liée à la présence de cyanobactéries, tandis que la couleur pourpre est liée à la présence de bactéries pourpres phototrophes.

Les stromatolites sont des formations organosédimentaires laminées, c’est à dire un « empilement » de couches de matières organique et sédimentaire, le plus souvent composées de carbonates, se développant en milieu aquatique peu profond. Ils étaient très abondants au Précambrien, mais ils sont actuellement beaucoup plus rares, leur présence étant restreinte à quelques environnements lacustres ou marins. Les stromatolites fossiles comptent parmi les plus anciennes traces de vie sur Terre. Les plus anciens sont en effet datés d’environ 3.5 milliards d’années dans les régions de Pilbara en Australie et de Barberton en Afrique du Sud, voir de 3,7 milliards d’années dans la région d’Isua au Groenland.

L’analyse des stromatolites modernes a conduit généralement à l’hypothèse que les stromatolites fossiles auraient été formés par la minéralisation et la lithification de tapis microbiens dominés par des cyanobactéries. Il a donc été supposé que les cyanobactéries seraient apparues très tôt dans l’histoire de la vie et que la photosynthèse oxygénique serait un processus très ancien déjà actif il y a au moins 2,98 milliards d’années. Cependant, l’absence de microfossiles de cyanobactéries associés aux stromatolites fossiles les plus anciens a conduit à l’émergence d’hypothèses alternatives pour la formation des stromatolites. Étant donné que la surface de la Terre était majoritairement anoxique à l’Archéen (4 à 2,5 milliards d’années), il a été proposé notamment que les plus anciens stromatolites aient été formés par des microorganismes phototrophes anoxygéniques, ne produisant pas d’oxygène. D’après des arguments moléculaires, la photosynthèse anoxygénique est en effet apparue avant la photosynthèse oxygénique. Cependant, bien qu’il ait été montré grâce à des bactéries pourpres cultivées que la photosynthèse anoxygénique pouvait favoriser la précipitation de carbonate de calcium en laboratoire, la participation massive de microorganismes phototrophes anoxygéniques à la formation de stromatolites n’avait jamais été observée jusqu’à maintenant.

En couplant des analyses de microscopies confocale à balayage laser et électronique à balayage, de spectroscopie Raman avec des analyses de la diversité microbienne par séquençage haut débit des gènes codant pour les ARN 16S des bactéries et des archées et de microdissection laser, l’équipe de recherche a pu montrer que des bactéries pourpres photosynthétiques étaient responsables de la précipitation de l’aragonite, le principal carbonate de calcium constituant les stromatolites du lac Dziani Dzaha à Mayotte. Cette observation ouvre donc la possibilité que certains stromatolites du registre fossile aient été formés par des communautés microbiennes dominées par des microorganismes phototrophes anoxygéniques.

Ce travail a été financé par l’Agence nationale pour la recherche (projet DZIANI), la fondation TOTAL et la région Île-de-France (projet SESAME pour le soutien financier à la plateforme analytique de haute résolution PARI).

Figure 2 : A: biofilm associé aux stromatolites du lac Dziani Dzaha en microscopie confocale à balayage laser avec en rouge la fluorescence naturelle des cyanobactéries appartenant à l’ordre des Pleurocapsales et en vert les alphaprotéobactéries appartenant majoritairement à la famille des Rhodobacteraceae colorées au Syto9, un colorant des acides nucléiques. B: photo de microscopie électronique à balayage sur une coupe transversale du biofilm inclus en résine, montrant une colonie de Pleurocapsales en gris sombre entourée d’alphaprotéobactéries associées à l’aragonite en gris clair (étoile rouge). L’étoile verte indique la présence d’hydromagnésite. Les flèches blanches, dans les deux photos A et B, soulignent la présence d’alphaprotéobactéries filamenteuses toujours placées au sommet du biofilm vers la lumière.

(1) Les institutions françaises participantes sont les suivantes qui participé à ce travail sont les  suivantes :
UMR CNRS 7154 Institut de Physique du Globe de Paris, Sorbonne Paris Cité, Université Paris Diderot, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Lyon 1, UMR CNRS 5557 / INRA 1418, UMR 7266 CNRS-Université de la Rochelle, Museum National d’Histoire Naturelle, Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie, UMR 7590 CNRS Sorbonne Universités, Université Pierre et Marie Curie, Institut de Recherche pour le Développement UMR 206, UMR MARBEC, IRD, Ifremer, CNRS, Université de Montpellier, Sète, France

Réf : Gérard E, De Goeyse S, Hugoni M, Agogué H, Richard L, Milesi V, Guyot F, Lecourt L, Borensztajn S, Joseph MB, Leclerc T, Sarazin G, Jézéquel D, Leboulanger C, Ader M (2018) Key Role of Alphaproteobacteria and Cyanobacteria in the Formation of Stromatolites of Lake Dziani Dzaha (Mayotte, Western Indian Ocean). Frontiers in Microbiology, 9, 2018, DOI=10.3389/fmicb.2018.00796

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