Le métabolisme des cyanobactéries
Qu'est-ce qu'une cyanobactérie ?
Les cyanobactéries sont des bactéries photosynthétiques qui obtiennent de l'énergie par photosynthèse. Ce sont des organismes anciens : les plus anciens fossiles de cyanobactéries datent de 3,5 milliards d'années. Certaines cyanobactéries se présentent sous forme de cellules isolées ; d'autres se regroupent en filaments ou en colonies pluricellulaires. On les trouve dans divers environnements — habitats d'eau douce, marins, terrestres comme les sols humides — et certaines espèces développent des relations symbiotiques avec d'autres organismes, comme les champignons formateurs de lichens.
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Cependant, les cyanobactéries peuvent aussi avoir des effets négatifs. Certaines espèces forment des proliférations d'algues nuisibles, entraînant la perturbation des écosystèmes aquatiques et la production de toxines appelées cyanotoxines. Ces toxines représentent une menace pour la santé humaine et animale et peuvent contaminer les approvisionnements en eau.
Qu'est-ce qu'un stromatolithe ?
(a) pierres de stromatolithes façonnées en bijoux — (b) stromatolithes actuels à Shark Bay (Australie) — (c) structure des stromatolithes actuels — (d) formation des stromatolithes actuels
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Expérience sur le métabolisme des cyanobactéries
La photosynthèse permet aux organismes de transformer l'énergie lumineuse en énergie organique. Elle produit du glucose : une molécule qui permet de stocker et de transporter l'énergie, mais qui entre aussi dans la composition de la cellulose (la cellulose forme le « squelette primaire » des plantes).
La formule chimique du glucose est :
ce qui signifie que cette molécule contient 6 atomes de carbone, 12 atomes d'hydrogène et 6 atomes d'oxygène.
On rappelle que les premiers organismes photosynthétiques sont apparus alors que l'atmosphère terrestre était celle-ci :
D'où pensez-vous que proviennent les 6 atomes de carbone (dans la molécule de glucose) ?
D'où pensez-vous que proviennent les 12 atomes d'hydrogène (dans la molécule de glucose) ?
Complétez l'équation bilan de la photosynthèse : les proportions stœchiométriques sont données, à vous de trouver les molécules manquantes (réactifs et produit).
À part le glucose, quelle est l'autre molécule produite par la photosynthèse ?
Quel rôle ont joué, selon vous, les stromatolithes dans l'évolution de la composition de l'atmosphère ?
L'accumulation de dioxygène dans l'atmosphère
Évolution du taux d'oxygène atmosphérique depuis la formation de la Terre
● Déplacez les deux curseurs ci-dessous pour indiquer la période d'apparition des premiers fossiles de stromatolithes (entre 3,8 et 3,5 milliards d'années). La zone colorée se place directement sur le graphique : observez où elle tombe par rapport à la courbe.
À partir de votre réponse à la question 5 et de ce que vous observez sur le graphique ci-dessus, formulez un problème.
Les fers rubanés
Exploités comme gisements de fer, les formations de fer rubané sont des roches sédimentaires formées en grandes quantités dans les océans entre -3,8 et -2,2 milliards d'années. Elles contiennent du fer à l'état oxydé, issu de l'oxydation du fer qui était présent à l'époque dans les océans sous forme d'ions Fe2+.
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Expérience sur l'oxydation du fer
Lors de l'altération par l'eau des roches continentales, des ions Fe2+ sont libérés. Ils sont transportés sous forme soluble jusque dans les océans. En présence d'oxygène, ils s'oxydent en ions Fe3+ qui précipitent sous forme d'hydroxyde de fer (précipité rouge). Ce précipité s'accumule au fond des océans et forme les fers rubanés.
● Déplacez les curseurs pour indiquer (1) la période des premiers fossiles de stromatolithes (entre 3,8 et 3,5 Ga) et (2) la période de formation des fers rubanés (entre 3,8 et 2,2 Ga). Les deux bandes colorées se superposent directement sur le graphique.
Bilan
À partir de vos réponses aux questions précédentes, construisez un schéma-bilan expliquant les différentes étapes qui ont rendu possible l'accumulation du dioxygène dans l'atmosphère terrestre.
Ce schéma est à rendre en fin de séance — sur feuille ou dans le format demandé par votre enseignante. Vous pouvez utiliser la zone ci-dessous comme brouillon pour lister les étapes avant de construire votre schéma.