Publié le 19 juin 2017 – Mis à jour le 22 janvier 2018

Un texte de la Minute Recherche par Anne-Catherine Lehours (LMGE). La respiration dans les sols est un déterminant essentiel du cycle du carbone et des interactions entre ces derniers et le climat.

Introduction
La respiration dans les sols est un déterminant essentiel du cycle du carbone et des interactions entre ces derniers et le climat. Considérant la complexité de la machinerie respiratoire, la communauté scientifique admet, de façon classique, voire dogmatique, que la cellule représente l’unité minimale et nécessaire pour que se réalise la cascade de réactions biochimiques du métabolisme respiratoire (i.e., oxydation complète de molécules organiques en dioxyde de carbone (CO2)).
Comment, dès lors, expliquer que des émissions substantielles de CO2 persistent plusieurs semaines dans des sols dépourvus de cellules vivantes?

Arguments en faveur de métabolismes extracellulaires
Au cours de nos travaux, nous avons montré que, dans des sols où aucune cellule intacte n’était observable suite à des traitements de stérilisation drastique, l’évolution de paramètres tels que les émissions de CO2, la consommation d’oxygène ou encore l’oxydation de molécules organiques mimait celle observée lors de la respiration cellulaire. En outre, nous avons observé que la signature isotopique du carbone du CO2 émis par ces sols stériles était incompatible avec une respiration d’origine cellulaire. L’ensemble des observations réalisées accréditent l’existence de processus non cellulaires reproduisant tout ou partie des étapes de la respiration.

Qu'est-ce que le concept de l'EXOMET ?
De ces observations a émergé le concept des métabolismes extracellulaires ou EXOMET. Ces derniers se réaliseraient selon le mécanisme suivant : les enzymes intracellulaires libérées dans le sol suite à la mort cellulaire sont stabilisées par des particules organo-minérales et maintiennent leurs activités et leurs interactions, assistées en cela par des catalyseurs minéraux et métalliques assurant les transferts d’électrons (Cf. Illustration). La création de ces complexes enzymes-particules-minéraux aboutit à la reconstruction de voies métaboliques complexes mimant, à l’extérieur de la cellule, celles se déroulant à l’intérieur de celle-ci.

Implication écologique et évolutive
Au cours de l’histoire de la Science, des phénomènes scientifiques inexpliqués ont souvent été accompagnés d’un ensemble d’hypothèses plausibles. Dans ce contexte, le concept de l’EXOMET est une explication rationnelle de la persistance de processus respiratoires dans des sols stériles et est supporté par un faisceau de présomption.
Sur la base des données que nous avons acquises en conditions expérimentales, l’EXOMET contribuerait substantiellement aux émissions de CO2 par les sols et devra donc être pris en compte dans les modèles biogéochimiques et d’évolution climatique. Ce concept supporte également l’hypothèse selon laquelle les premiers métabolismes ont pu se mettre en place avant la compartimentation cellulaire. Les théories sur l’origine de la vie devraient ainsi intégrer l’EXOMET dans les mécanismes potentiels ayant permis son émergence sur notre planète.