Sur Terre, grâce à l’énergie fournie par la lumière du soleil, les plantes vertes sont capables de produire, outre des nutriments, de l’oxygène : on appelle ce processus « photosynthèse ». La photosynthèse est la synthèse de matière organique, notamment de glucides, réalisée à partir de l’eau que les racines puisent dans le sol et à partir du dioxyde de carbone CO2 capté dans l’air par les feuilles des plantes. Grâce à l’énergie fournie par le lumière du soleil, la réaction produit de l’oxygène, qui est rejeté dans l’atmosphère. La formule de la photosynthèse est la suivante : 6 CO2 + 12 H2O + lumière → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O. Autrement dit, la plante a besoin de 6 molécules de dioxyde de carbone, 12 molécules d’eau et de la lumière pour fabriquer une molécule de glucose et 6 molécules de dioxygène, et rejeter 6 molécules d’eau.
Cet oxygène est utilisé par les autres espèce vivantes dans le processus appelé respiration. La respiration est une fonction biologique qui permet aux êtres vivants d’utiliser leurs réserves énergétiques grâce à des échanges gazeux avec le milieu extérieur. De très nombreux organismes respirent, bactéries, végétaux, champignons et animaux. Ceux-ci sont dotés d’organes spécialisés à cette fin, les poumons. Dans les poumons, l’échange gazeux se produit entre les millions d’alvéoles pulmonaires et les vaisseaux capillaires qui les enveloppent. L‘oxygène inhalé passe des alvéoles au sang des capillaires, et le dioxyde de carbone du sang des capillaires à l’air dans les alvéoles.
Des calculs ont montré que l’oxygéne produit par les plantes n’est pas en quantité suffisante pour répondre aux besoins d’oxygénation des autres organismes. Il faut une autre source d’oxygène. Longtemps l’origine de cet oxygène était restée mystérieuse. Mais des chercheurs de l’Académie des sciences de Pékin, dirigés par Chaomin Sun avaient récemment découvert que des bactéries et des archées océaniques produisaient de l’oxygène en grande profondeur, mais en très faible quantité. Celui-ci avait été appelé « oxygène noir » « dark ogygen » . Elles le font au terme d’un processus qui produit des nodules métalliques de manganèse en sous-produit.
En 2013 Andrew Sweetman de la Scottish Association for Marine Sciences avait détecté de l’oxygène produit à des milliers de mètres en profondeur. Depuis lui et son équipe ont montré que deux espèces de bactéries se développent en présence d’ions nitrate. L’ion nitrate est l’ion polyatomique de formule chimique NO3− au centre duquel l’atome d’azote se trouve à son nombre d’oxydation le plus élevé : +5 (ou V). C’est un anion (ion chargé négativement) portant une seule charge électrique négative (anion monovalent). Les bactéries le réduisent en ammonium libérant de l’oxygène an cours du processus.
L’ion ammonium de formule brute NH4+ est un ion polyatomique de charge électrique positive. Ce cation polyatomique possède une structure tétraédrique, l’atome d’azote N occupant le centre et les quatre atomes d’hydrogène occupant les sommets équivalents du tétraèdre. Wikipedia.
Référence
Nitrate-driven dark oxygen production by diverse deep-sea microorganisms
Chaomin Sun and others
doi: https://doi.org/10.1101/2025.03.10.642362
- Abstract
To date, only three biotic pathways for light-independent oxygen production (i.e., dark oxygen) have been reported: chlorate dismutation, nitric oxide dismutation, and methanobactin-dependent water lysis. Oxygen has been shown to be produced and consumed in dark and anoxic environments, as evidenced by its prevalence in deep-sea surface sediments. However, the microbial communities and pathways driving deep-sea dark oxygen production (DOP) remain poorly understood. Here we identify a novel DOP pathway driven by dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) in two deep-sea Deferribacterota strains. The DOP activity of these Deferribacterota strains potentially promotes the formation of manganese nodules and influences the growth and metabolism of both aerobic and anaerobic microbes, underscoring the significant role of microbial DOP in shaping deep-sea geological and ecological systems. We also cultured several deep-sea DOP-capable microorganisms from the Campylobacterota, Deinococcota, and Pseudomonadota phyla, which generate dark oxygen through unidentified nitrate-driven pathways. Combined with previous geological evidence, our results suggest that nitrate-driven dark oxygen, alongside photosynthetic oxygen, jointly contributed to early Earth’s oxygenation, driving the Great Oxidation Event. Overall, our findings provide novel insights into deep-sea oxygen sources, shed light on the origins of early Earth’s oxygen, and expand perspectives on the potential for terraforming other planets.
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