Histoire naturelle des microalgues

Claude Gudin

• Éditeur: Odile Jacob
• Année: 2013
• ISBN:
  9782738176202
• Sujet: Biological Sciences
• Sous-sujet: Botany

« Le Nautilus flottait au milieu d'une couche phosphorescente produite par des myriades d'animalcules lumineux, dont l'étincellement s'accroissait en glissant sur la coque métallique de l'appareil. » Déjà Jules Verne en parlait. Elles sont partout, ces microalgues. Nées dans la mer il y a trois milliards d'années, elles ont eu le temps de se faire à pratiquement tous les types de milieux – de l'eau sursalée à l'eau douce, du chaud au froid, à différentes profondeurs – et de s'adapter à la vie terrestre fixées sur les roches, les troncs d'arbres ou dans les poils des animaux. Elles sympathisent même avec des champignons pour former des lichens adaptés à la sécheresse. D'où viennent-elles? Quelles ressources peuvent-elles nous apporter? Leur mise en culture et leur exploitation sont beaucoup plus récentes que l'agriculture et l'horticulture. Et pourtant, leur pouvoir régénérateur de l'atmosphère polluée, en particulier, pourrait se révéler décisif pour l'avenir de l'humanité. L'un des plus grands spécialistes mondiaux des microalgues nous fait découvrir ce monde de l'infiniment petit. Ingénieur et chercheur spécialisé dans la culture d'organismes photosynthétiques, au sein de British Petroleum, puis au CEA, Claude Gudin a reçu la médaille d'or 1994 de l'Académie d'agriculture. Il a également enseigné la biotechnologie à l'École centrale de Paris.

CHAPITRE 1

Le miracle des microalgues
Du Christ au flamant rose

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Ça s’est passé un dimanche, comme dans la chanson, bien après le Big Bang1. Les particules élémentaires chères à Houellebecq s’associèrent en atomes. Ainsi naquirent l’hydrogène, l’oxygène, le carbone, l’azote et bien d’autres encore. Au calendrier, nous en étions à – 4,5 milliards d’années, le Big Bang ayant eu lieu, disent les observateurs présents, à – 13,7 milliards d’années. La planète Terre s’affirmait, éjectant un morceau trop rêveur qui allait devenir la Lune et le Soleil irradiait l’ensemble.

Les atomes dans leur fringale associative se mirent à se combiner en molécules et peu à peu un laboratoire chimique s’organisa dans l’eau (H₂O) au contact d’une atmosphère sans oxygène avec de l’azote, de l’ammoniaque (NH₃), du sulfure d’hydrogène (H₂S) et quelques autres gaz. Avoir une « gueule d’atmosphère » à l’époque n’était pas apprécié, car irrespirable pour les bronches de l’Arletty à venir. Beaucoup de molécules complexes associant carbone, hydrogène, oxygène et azote se formèrent ainsi dans cette « soupe primitive » qui baignait la planète. On trouvait des acides aminés annonçant les protéines, des acides nucléiques précurseurs d’ADN, des acides gras préfaçant les huiles et des sucres qui, plus tard, feraient les délices de nos papilles, ces filles de pape logées dans un palais bordé d’ivoire.

Mais le miracle, car c’en est un, fut l’apparition des pyrroles constitués de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote, qui, en se regroupant par quatre, formèrent les noyaux tétrapyrroles. Attachés en forme de pince de crabe, ils avaient la propriété d’emprisonner, de chélater, soit un atome de magnésium formant la chlorophylle, soit un atome de fer donnant la structure de base du sang.

Ainsi, tout était là, dans ce puzzle qu’il fallait assembler pour que la vie s’exprime. C’est ce qui se passa, on ne sait pas trop encore comment, mais ça se passa ! Probablement vers – 3,6 milliards d’années.

Le premier miracle de la vie ne fut pas le sexe, pardon Michel Houellebecq, on s’en passa très bien pendant au moins 2 milliards d’années. Ce fut l’oxygène. L’oxygène est peu soluble dans l’eau, du moins sa dissolution est lente, d’où la nécessité de transporteurs. L’oxygène prisonnier de l’eau (H₂O) qui fut libéré dans l’atmosphère par la chlorophylle éclairée par le soleil. Oxygène qui plus tard fut véhiculé dans les animaux par le sang. Tout cela grâce à la configuration tétrapyrrolique de ces pigments qui donneraient aussi le sang bleu des mollusques et des nobles quand ils chélatent une molécule de cuivre. Cet oxygène libéré allait peu à peu former un trio (O₃) : l’ozone, bouclier moléculaire protégeant la vie naissante des radiations destructrices.

C’est donc bien la photosynthèse, propriété autotrophique des végétaux qui ouvre la voie à la vie sur Terre. Sans chlorophylle, l’animal viendra, prédateur hétérotrophe du végétal, jusqu’à l’homme qui pour retrouver son origine devra se réinjecter des chloroplastes et redevenir autotrophe comme nous le suggère Michel Houellebecq dans La Possibilité d’une île… Mais c’est une autre histoire, pas aussi naturelle que celle des microalgues.

Peut-être que vous ne croyez pas aux miracles, pourtant si vous voulez tout savoir sur les microalgues, il va falloir y croire. En effet, sans un microscope, elles sont invisibles, mais se sont révélées à nous au cours des siècles par des miracles soigneusement décrits et répertoriés dans les religions comme des signaux divins.

Dans la Bible, on voit apparaître mille ans avant Jésus-Christ des miracles colorés dans l’eau : « Toutes les eaux du fleuve se changèrent en sang. Les poissons du fleuve crevèrent ; et le fleuve s’empuantit, et les Égyptiens ne purent plus boire l’eau du fleuve. »

On sait maintenant, grâce au microscope, qu’il s’agit de la prolifération d’une microalgue de la famille des dinophycées (Noctiluca scintillans) qui probablement provoqua cette marée rouge. Elle est au clair de lune capable de bioluminescence. C’est l’ATP qui donne l’énergie de cette luminescence : manifestation diabolique car elle est le produit de la réaction de l’enzyme luciférase sur la luciférine. Jules Verne connaissait bien ce phénomène qu’il cite dans 20 000 Lieues sous les mers.

« Le Nautilus flottait au milieu d’une couche phosphorescente, qui dans cette obscurité devenait éblouissante. Elle était produite par des myriades d’animalcules lumineux, dont l’étincellement s’accroissait en glissant sur la coque métallique de l’appareil. »

Quant à la mer Rouge, l’une des plus salées (42 g/l de sel), elle présente de temps à autre cette couleur à cause de deux cyanobactéries (ex. microalgues bleu-vert) : Trichodesmium erythraeum et Oscillatoria erythraea riches en phycoérythrine, un pigment rouge caractéristique de ces espèces. C’est ce même pigment rouge des algues rouges (les rhodophycées) qui est le responsable du miracle des « christs sanglants ». Dans certaines églises, bretonnes de préférence, les christs en croix se mettent à sanguinoler à certaines saisons à cause du développement sporadique d’une microalgue (Porphyridium cruentum). L’histoire (naturelle) veut que ce soient les fidèles qui, en se signant, ensemencent régulièrement les bénitiers2, contribuant à la culture de cette espèce qui vit surtout sur les installations portuaires et le littoral marin. Elle voyage très bien sur la coque des navires d’un continent à l’autre.

Si les christs des églises peuvent saigner, le sang peut aussi pleuvoir à certaines saisons plus au sud. Le miracle des « pluies sanglantes » est dû au développement massif et rapide d’Haematococcus pluvialis quand une forte luminosité suit une pluie abondante. Cette chlorophycée pour protéger son chloroplaste sensible à l’excès de lumière fabrique un caroténoïde rouge, l’astaxanthine, qui lui donne la couleur du sang, d’où son nom qui évoque l’hémoglobine.

La neige elle-même n’est pas à l’abri des miracles. C’est le Chlamydomonas nivalis qui se cache dans les « neiges sanglantes » accumulant lui aussi un caroténoïde rouge, lunettes de soleil de son chloroplaste ébloui par la lumière. Aristote parlait déjà du phénomène au III^e siècle avant Jésus-Christ aux péripatéticiens du Lycée d’Athènes.

Bien qu’il ne s’agisse pas d’une microalgue mais d’une levure, la Rhodotorula glutinis, on peut aussi évoquer le « miracle des hosties sanglantes ». Sur les hosties mal conservées dans l’humidité et au jour, prolifère cette levure qui elle aussi contient un caroténoïde rouge sang.

Un détour par la mer Morte, sursalée, mais pas morte, grâce à Dunaliella salina, une petite chlorophycée, rose à cause du bêtacarotène qu’elle concentre dans sa cellule qu’une microcrevette dédiée à la déesse Artémis, l’artémia, dévore allègrement en en gardant la couleur rose. Couleur rose qui à son tour passera dans les ailes d’un oiseau planctonivore. Le mâle pourra exhiber ses ailes roses pour séduire3 la femelle en lui déclarant sa flamme en rose. Qui eût pu croire qu’une microalgue pourrait être à la base de la séduction ? Mais au fait pourquoi madame flamant rose (Phoenicopterus roseus) est-elle moins rose que monsieur ? Parce qu’elle va cacher son caroténoïde dans le jaune d’œuf qui, grâce à ses propriétés antioxydantes, protégera le développement du poussin.

Ce Phoenicopterus est connu des anciens sous le nom de Phœnix qui va construire son nid en Égypte tous les sept ans, étale ses ailes au soleil et s’enflamme. Le lendemain matin, il renaît de ses cendres. C’est ce vieux mythe qui est aujourd’hui mis à profit par les Israéliens qui cultivent Dunaliella salina dans des grandes lagunes aménagées pour vendre du bêtacarotène. La famille Dunal devrait toucher une redevance car c’est le botaniste camarguais Dunal qui lui donna son nom à la fin du XIX^e siècle.

Au I^er siècle, Pline l’Ancien parle dans ses histoires naturelles de flos salis ou fleurs de sel, couleur de rouille à cause du carotène de Dunaliella agglutinée par le glycérol qu’elle produit. Flos salis était une base des parfums de la Rome antique.

De nos jours, on ne parle plus de miracles mais de marées : marées vertes, jaunes, orange, roses, rouges et même blanches. Périodiquement, des marées blanches de plusieurs hectares sont décelées par des satellites. Il s’agit d’une diatomée au joli nom d’Emiliana huxleyi. Cette Emiliana s’entoure d’une coque joliment ouvragée de carbonate de calcium qui peu à peu s’alourdit et la précipite au fond des océans, engendrant les couches sédimentaires sur lesquelles nous marcherons plus tard.

Mais on ne va pas « en faire une montagne ». Et pourtant ! Les alpinistes piétinent les sédiments calcaires ou siliceux plissés au cours des temps géologiques. N’est-il pas miraculeux de piétiner des microalgues fossiles au sommet du Mont-Blanc ou de l’Everest ?

Certaines de ces marées en couleur sont dangereuses pour l’Homo sapiens amateur d’huîtres, de moules, de coquilles saint-jacques et autres mollusques planctivores au sang bleu à cause de certaines microalgues qui produisent des toxines. Toxines qui provoquent des diarrhées ou des paralysies pouvant même entraîner la mort mais sont inoffensives pour les mollusques qui s’en régalent et ne distinguent pas la navicule bleue (Haslea ostrearia), qui donne sa couleur verte et son bon goût à l’huître de claire, de la Dinophysis acuminata (gastro-entérite) ou l’Alexandrium minutum (paralytique). Ces présences inopportunes entraînent le retrait des coquillages de la vente à certaines périodes à risque.

La coquille d’huître fut le premier bulletin de vote des Athéniens qui décidaient ainsi de l’exclusion des étrangers. C’est l’origine de l’ostracisme.

Gomara, le secrétaire de Cortès, conquistador espagnol, a écrit que les Aztèques « récoltent une sorte de boue bleu-vert qui stagne sur les eaux du lac du Mexique. Puis, ils la font sécher pour en faire des stocks de galettes qu’ils consomment ». La galette s’appelle le tecuitlall. C’est la spiruline. Elle était aussi récoltée au Kanem au nord-est du Tchad par les Kanembous.

En Australie, les aborigènes, bien avant la colonisation, récoltaient des efflorescences brunes flottant sur les lacs, les faisaient sécher au soleil et s’en servaient comme combustible pour faire la cuisine. C’étaient des colonies de Botryococcus braunii (une microalgue chlorophycée) remontées en surface grâce à l’émission de bulles d’hydrocarbures voisins de ceux du gazole.

C’est ainsi que les microalgues se manifestèrent à nous bien avant l’invention du microscope et la classification linnéenne4 qui les dote d’une famille, d’un nom (genre), d’un prénom (espèce) d’origine gréco-latine qui souvent intègre totalement ou partiellement leur histoire naturelle, leurs légendes et leurs miracles, familles évoquant souvent la couleur.

Ainsi le Botryo de Botryococcus, qui vient de bouquet en grec, donne une idée de la structure de la colonie, la chlamyde de Chlamydomonas évoque bien un bijou gréco-romain qui servait à attacher la toge et rappelle la forme du chloroplaste. Le porphyre de Porphyridium évoque bien la couleur et le Cruentum vient de la croix. L’Haematococcus pluvialis parle de lui-même (pluie d’hémoglobine), Chlorella le vert, Spirulina la cellule spiralée, Euglena (petit œil, qui est le stigma rouge, première esquisse de la rétine), Dinophysis avec deux fouets, le Trichodesmium avec ses poils5.

Que serions-nous sans poils ? Ce n’est pas le plus mince cadeau évolutif des microalgues ! Nous sommes aussi redevables de notre vision (la rétine) à l’euglène.

N’est-ce pas miraculeux ? Surtout quand on ne croit pas aux miracles !

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1. Big Bang : on utilise ici ce terme pour faire comme tout le monde, tout en sachant qu’on n’a aucune preuve scientifique qu’il ait eu lieu. Y aurait-il eu un néant avant ? Et si oui, depuis combien de temps ? dans la mesure, bien entendu, où l’on puisse imaginer le néant, c’est-à-dire rien. Cela dit, il s’est vraiment passé quelque chose il y a 13,7 milliards d’années qui nous a amenés là où nous sommes aujourd’hui à nous poser des questions !

2. Bénitiers : il y a là une belle logique naturelle, les bénitiers étant ...

Table des matières

• Couverture
• Titre
• Copyright
• Dédicace
• Sommaire
• Avertissement
• PRÉFACE
• CHAPITRE 1 - Le miracle des microalgues Du Christ au flamant rose
• CHAPITRE 2 - Elles sont partout
• CHAPITRE 3 - D’où viennent-elles ?
• CHAPITRE 4 - Le jardinage des microalgues
• CHAPITRE 5 - La fixation du CO2
• CHAPITRE 6 - Une histoire de la biotechnologie des microalgues
• CHAPITRE 7 - Panorama de l’alchimie des microalgues
• Annexes
• Table des illustrations
• Du même auteur