Selon le type de nutrition, tous les organismes vivants connus sont divisés en deux grands types: les hétérotrophes et les autotrophes. Une caractéristique distinctive de ces derniers est leur capacité à construire indépendamment de nouveaux éléments à partir de dioxyde de carbone et d'autres substances inorganiques.
Les sources d'énergie qui soutiennent leur activité vitale déterminent leur division en photoaphtotrophes (la source est la lumière) et en chimioautotrophes (la source est les minéraux). Et selon le nom du substrat oxydé par les chimioauteurthophytes, ils se divisent en bactéries hydrogène et nitrifiantes, ainsi qu'en bactéries soufrées et ferreuses.
Cet article sera consacré au groupe le plus courant d'entre eux - les bactéries nitrifiantes.
Historique de la découverte
Même au milieu du XIXe siècle, des scientifiques allemands ont prouvé que le processus de nitrification est biologique. Empiriquement, ils ont montré que lorsque du chloroforme était ajouté aux eaux usées, l'oxydation de l'ammoniac s'arrêtait. Mais pour expliquer pourquoi cela se produit, ils ne le font paspourrait.
Cela a été fait quelques années plus tard par le scientifique russe Vinogradsky. Il a identifié deux groupes de bactéries qui ont progressivement participé au processus de nitrification. Ainsi, un groupe assurait l'oxydation de l'ammonium en acide nitreux, et le second groupe de bactéries était responsable de sa transformation en acide nitrique. Toutes les bactéries nitrifiantes impliquées dans ce processus sont à Gram négatif.
Caractéristiques du processus d'oxydation
Le processus de formation de nitrites par oxydation de l'ammonium comporte plusieurs étapes, au cours desquelles se forment des composés azotés avec différents degrés d'oxydation du groupe NH.
Le premier produit de l'oxydation de l'ammonium est l'hydroxylamine. Il est très probablement formé en raison de l'inclusion d'oxygène moléculaire dans le groupe NH4, bien que ce processus n'ait pas été définitivement prouvé et reste discutable.
Ensuite, l'hydroxylamine est convertie en nitrite. Vraisemblablement, le processus est réalisé par la formation de NOH (hyponitrite) avec la libération d'oxyde nitreux. Dans ce cas, les scientifiques considèrent que la production de protoxyde d'azote n'est qu'un sous-produit de la synthèse, en raison de la réduction du nitrite.
En plus de la production d'éléments chimiques, une grande quantité d'énergie est libérée lors de la dénitrification. Semblable à ce qui se passe dans les organismes aérobies hétérotrophes, dans ce cas, la synthèse des molécules d'ATP est associée à des processus redox, à la suite desquels des électrons sont transférés à l'oxygène.
Lorsque le nitrite est oxydé, le processus de transport inverse joue un rôle importantélectrons. L'inclusion de ses électrons dans la chaîne se produit directement dans les cytochromes (type C et/ou type A), ce qui nécessite une quantité d'énergie assez importante. En conséquence, les bactéries nitrifiantes chimioautotrophes disposent pleinement de la réserve d'énergie nécessaire, qui est utilisée pour les processus de construction et d'assimilation du dioxyde de carbone.
Types de bactéries nitrifiantes
Quatre genres de nitrobactéries participent à la première phase de nitrification:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Au fait, vous pouvez voir des bactéries nitrifiantes dans l'image suggérée (photo au microscope).
Expérimentalement, parmi eux, il est assez difficile, et souvent complètement impossible, de distinguer l'une des cultures, de sorte que leur considération est principalement complexe. Tous les micro-organismes répertoriés mesurent jusqu'à 2 à 2,5 microns et sont principalement de forme ovale ou ronde (à l'exception des nitrospira, qui ont la forme d'un bâton). Ils sont capables de fission binaire et de mouvements dirigés dus aux flagelles.
La deuxième phase de nitrification prend part:
- genre Nitrobacter;
- type nitrospin;
- nitrococus.
La souche de bactéries la plus étudiée du genre Nitrbacter, du nom de son découvreur Vinogradsky. Ces bactéries nitrifiantes ont des cellules en forme de poire, se multiplient par bourgeonnement, avec la formation d'une cellule fille mobile (due au flagelle).
Structure des bactéries
Les bactéries nitrifiantes étudiées ont une structure cellulaire similaire avec d'autres microorganismes gram-négatifs. Certains d'entre eux ont un système assez développé de membranes internes qui forment un empilement au centre de la cellule, tandis que dans d'autres, ils sont situés plus à la périphérie ou forment une structure en forme de coupe, composée de plusieurs feuilles. Apparemment, c'est à ces formations que sont associées des enzymes impliquées dans le processus d'oxydation de substrats spécifiques par les nitrifiants.
Type de bactérie nitrifiante
Les nitrobactéries sont des autotrophes obligatoires, car elles ne sont pas capables d'utiliser des substances organiques exogènes. Cependant, la capacité de certaines souches de bactéries nitrifiantes à utiliser certains composés organiques a été démontrée expérimentalement.
Il a été constaté que le substrat contenant des autolysats de levure, de la sérine et du glutamate à faible concentration, stimulait la croissance des nitrobactéries. Cela se produit à la fois en présence de nitrite et en son absence dans le milieu nutritif, bien que le processus soit beaucoup plus lent. Inversement, en présence de nitrite, l'oxydation de l'acétate est supprimée, mais l'incorporation de son carbone dans les protéines, divers acides aminés et autres composants cellulaires augmente de manière significative.
À la suite de multiples expériences, des données ont été obtenues sur le fait que les bactéries nitrifiantes peuvent encore passer à la nutrition hétérotrophe, mais il reste à voir dans quelle mesure et pendant combien de temps elles peuvent exister dans de telles conditions. Tant que les données sont suffisantesincohérent de tirer des conclusions définitives sur cette question.
Habitat et importance des bactéries nitrifiantes
Les bactéries nitrifiantes sont des chimioautotrophes et sont largement répandues dans la nature. On les trouve partout: dans le sol, divers substrats, ainsi que les plans d'eau. Le processus de leur activité vitale apporte une grande contribution au cycle global de l'azote dans la nature et peut en fait atteindre des proportions énormes.
Par exemple, un micro-organisme tel que nitrocystis oceanus, isolé de l'océan Atlantique, appartient aux halophiles obligatoires. Il ne peut exister que dans l'eau de mer ou les substrats qui en contiennent. Pour ces micro-organismes, non seulement l'habitat est important, mais aussi des constantes telles que le pH et la température.
Toutes les bactéries nitrifiantes connues sont classées comme aérobies obligatoires. Ils ont besoin d'oxygène pour oxyder l'ammonium en acide nitreux et l'acide nitreux en acide nitrique.
Conditions de l'habitat
Un autre point important que les scientifiques ont identifié est que l'endroit où vivent les bactéries nitrifiantes ne doit pas contenir de matière organique. La théorie a été avancée selon laquelle ces micro-organismes, en principe, ne peuvent pas utiliser de composés organiques de l'extérieur. Ils ont même été appelés autotrophes obligatoires.
Par la suite, l'effet néfaste du glucose, de l'urée, de la peptone, de la glycérine et d'autres matières organiques sur les bactéries nitrifiantes a été prouvé à plusieurs reprises, mais les expériences ne s'arrêtent pas.
L'importance des bactéries nitrifiantes poursol
Jusqu'à récemment, on croyait que les nitrifiants avaient un effet bénéfique sur le sol, augmentant sa fertilité en décomposant l'ammonium en nitrates. Ces derniers sont non seulement bien absorbés par les plantes, mais augmentent également par eux-mêmes la solubilité de certains minéraux.
Cependant, ces dernières années, les points de vue scientifiques ont changé. L'effet négatif des micro-organismes décrits sur la fertilité du sol a été révélé. Les bactéries nitrifiantes, formant des nitrates, acidifient l'environnement, ce qui n'est pas toujours positif, et provoquent également la saturation du sol en ions ammonium dans une plus large mesure que les nitrates. De plus, les nitrates ont la capacité d'être réduits en N2 (lors de la dénitrification), ce qui entraîne à son tour un appauvrissement du sol en azote.
Quel est le danger des bactéries nitrifiantes ?
Certaines souches de nitrobactéries en présence d'un substrat organique peuvent oxyder l'ammonium, formant de l'hydroxylamine, puis des nitrites et des nitrates. De plus, à la suite de telles réactions, des acides hydroxamiques peuvent apparaître. De plus, un certain nombre de bactéries effectuent le processus de nitrification de divers composés contenant de l'azote (oximes, amines, amides, hydroxamates et autres composés nitrés).
L'échelle de la nitrification hétérotrophe dans certaines conditions peut être non seulement énorme, mais aussi très préjudiciable. Le danger réside dans le fait qu'au cours de telles transformations, il se produit la formation de substances toxiques, mutagènes et cancérigènes. Par conséquent, les scientifiques sont étroitementtravaillent sur l'étude de ce sujet.
Filtre biologique toujours à portée de main
Les bactéries nitrifiantes ne sont pas un concept abstrait, mais une forme de vie très courante. De plus, ils sont souvent utilisés par les humains.
Par exemple, ces bactéries font partie des filtres biologiques des aquariums. Ce type de nettoyage est moins coûteux et moins laborieux que le nettoyage mécanique, mais en même temps il nécessite le respect de certaines conditions afin d'assurer la croissance et l'activité vitale des bactéries nitrifiantes.
Le microclimat le plus favorable pour eux est la température ambiante (dans ce cas l'eau) de l'ordre de 25-26 degrés Celsius, un apport constant d'oxygène et la présence de plantes aquatiques.
Bactéries nitrifiantes en agriculture
Afin d'augmenter les rendements, les agriculteurs utilisent divers engrais contenant des bactéries nitrifiantes.
La nutrition du sol dans ce cas est assurée par les nitrobactéries et les azotobactéries. Ces bactéries extraient les substances nécessaires du sol et de l'eau, qui forment une quantité d'énergie suffisamment importante au cours du processus d'oxydation. C'est ce qu'on appelle le processus de chimiosynthèse, lorsque l'énergie reçue est utilisée pour former des molécules complexes d'origine organique à partir de dioxyde de carbone et d'eau.
Ces micro-organismes n'ont pas besoin de nutriments de leur environnement - ils peuvent les produire eux-mêmes. Ainsi, si les plantes vertes, qui sont aussi des autotrophes, ont besoinla lumière du soleil, alors il n'est pas nécessaire pour les bactéries nitrifiantes.
Saleté autonettoyante
Le sol est un substrat idéal pour la croissance et la reproduction non seulement des plantes, mais aussi de nombreux organismes vivants. Par conséquent, son état normal et sa composition équilibrée sont extrêmement importants.
Il faut se rappeler que les bactéries nitrifiantes assurent également le nettoyage biologique du sol. Ils, étant dans le sol, les réservoirs ou l'humus, convertissent l'ammoniac, qui est libéré par d'autres micro-organismes et déchets organiques, en nitrates (pour être plus précis, en sels d'acide nitrique). L'ensemble du processus se compose de deux étapes:
- Oxydation de l'ammoniac en nitrite.
- Oxydation du nitrite en nitrate.
En même temps, chaque étape est assurée par des types de micro-organismes distincts.
Le soi-disant cercle vicieux
La circulation de l'énergie et le maintien de la vie sur Terre sont possibles grâce au respect de certaines lois de l'existence de tous les êtres vivants. À première vue, il est difficile de comprendre de quoi il s'agit, mais en fait tout est assez simple.
Imaginons l'image suivante tirée d'un manuel scolaire:
- Les substances inorganiques sont transformées par des micro-organismes et créent ainsi des conditions favorables dans le sol pour la croissance et la nutrition des plantes.
- Ils, à leur tour, sont une source d'énergie indispensable pour la plupart des herbivores.
- La prochaine chaîne de ce maillon de vie sont des prédateurs, dont l'énergie est,respectivement, leurs homologues herbivores.
- Les gens sont connus pour être des prédateurs au sommet, ce qui signifie que nous pouvons puiser de l'énergie à la fois dans le monde végétal et dans le monde animal.
- Et déjà nos propres restes de vie, ainsi que ces mêmes plantes et animaux, servent de substrat nutritif pour les micro-organismes.
Ainsi, un cercle vicieux est obtenu, fonctionnant en permanence et fournissant la vie à toute vie sur Terre. Connaissant ces principes, il n'est pas difficile d'imaginer à quel point le pouvoir de la nature et de tous les êtres vivants est multiforme et réellement illimité.
Conclusion
Dans cet article, nous avons tenté de répondre à la question de savoir ce que sont les bactéries nitrifiantes en biologie. Comme vous pouvez le constater, malgré les preuves irréfutables de l'activité vitale, du fonctionnement et de l'influence de ces micro-organismes, de nombreuses questions controversées nécessitent encore des recherches expérimentales supplémentaires.
Les bactéries nitrifiantes sont classées comme chimiotrophes. Divers minéraux leur servent de source d'énergie. Malgré leur taille microscopique, ces organismes vivants ont un impact énorme sur le monde qui les entoure.
Comme vous le savez, les chimiotrophes ne peuvent pas absorber les composés organiques qui se trouvent dans le substrat (sol ou eau). Au contraire, ils produisent le matériau de construction pour créer une cellule vivante et fonctionnelle.
