cycles biosphériques (suite)

Les Aulnes possèdent également des nodosités infestées par un parasite très fragile, et ces organes de plusieurs centimètres effectuent leurs échanges gazeux par des lenticelles traversant l’écorce lignifiée. Ces différents organismes, libres ou symbiotiques, fixent l’azote sans doute par réduction, en utilisant l’hydrogène libéré par la respiration :
N₂ + 3H₂ → 2NH₃.
Cette réaction serait aidée par des enzymes spécifiques assurant les divers intermédiaires.

À l’intérieur des tissus végétaux, l’azote, quelle que soit sa forme de pénétration, est amené à l’état ammoniacal par réduction des nitrates ou de l’azote. Puis commence la protéogenèse, qui débute par l’élaboration d’acides aminés ; elle est possible aussi bien dans les organes radiculaires qui ont reçu des aliments carbonés qu’au niveau des feuilles, où les produits de la photosynthèse sont immédiatement utilisés. Les acides aminés seront eux-mêmes groupés et associés à d’autres éléments pour constituer les protides complexes et spécialement les nucléoprotéines qui entrent dans la composition chimique de la matière vivante : cytoplasme ou noyau.

Les animaux, êtres parfaitement hétérotrophes, sont aussi dépendants des Bactéries et du règne végétal pour leur ravitaillement en azote que pour leur approvisionnement en carbone. C’est en consommant des végétaux que les herbivores se procurent de l’azote, c’est par ingestion de chairs animales que les carnivores trouvent leurs matières azotées, et l’Homme, omnivore, utilise les uns et les autres. Tous absorbent les aliments protidiques complexes, qui sont hydrolyses par les enzymes digestives, et c’est sous forme d’acides aminés que l’azote est introduit dans leur organisme. Ces acides aminés, dont les animaux sont incapables d’assurer la synthèse, seront assemblés ultérieurement dans les cellules pour constituer les substances spécifiques de chacun.

Les protéines animales ou végétales se retrouvent soit parties intégrantes du cytoplasme actif, soit sous forme de réserves (tels les grains d’aleurone). Enfin, une partie de l’azote consommé par les êtres vivants sera, après un séjour plus ou moins long dans les organismes, rejetée sous forme de déchets divers, cadavres, excréments, urine, et fera retour à la voie minérale par la putréfaction et l’humification suivie de l’ammonification et de la nitrification. Ces diverses transformations ont lieu sous Faction de Bactéries spécialisées ou de Champignons.

La putréfaction libère de nombreux corps, dont certains, toxiques, ne subsistent pas longtemps (ptomaïne, bétaïne...) ; d’autres ont des odeurs caractéristiques (mercaptan, scatol...). Toutes ces substances sont finalement dégradées en ammoniaque ou en produits ammoniacaux ; l’urée se décompose également :
CO (NH₂)₂ + 2 H₂O → (NH₄)₂ CO₃.
On considère qu’au moins la moitié de l’azote organique du sol se transforme en ammoniaque, qui généralement ne se dégage pas mais entre immédiatement en combinaison pour former des sels d’ammonium (sulfates, nitrates, phosphates, carbonates). Nous avons vu qu’une partie est utilisée directement par les végétaux ; une autre subira des modifications sous l’influence de micro-organismes spécialisés : Bactéries nitreuses (Nitrosomonas, Nitrosococcus) oxydant l’ammoniaque et donnant des ions nitreux ; Bactéries nitriques (Nitrobacter par exemple), qui transforment les ions nitreux en ions nitriques.
NH₃ + 3/2 O₂ → HNO₂ + H₂O.
HNO₂ + 1/2 O₂ → HNO₃.

Pour que ces réactions se produisent, il faut une température suffisante, un milieu bien aéré (les Bactéries qui entrent en jeu sont aérobies, et les réactions demandent un apport d’oxygène), enfin un sol calcaire capable de neutraliser les ions acides formés. Des réactions analogues peuvent avoir lieu dans les eaux douces polluées de déchets organiques (eaux usées par exemple) et aussi dans l’eau de mer. Ainsi se reconstitue l’aliment azoté préféré de la plante verte.

Mais tout l’azote organique n’est pas ainsi récupéré, car d’une part tous les déchets ne sont pas transformés en engrais et d’autre part des Bactéries dénitrifiantes font perdre à certains sols une partie de leur azote en décomposant les nitrates en azote libre, qui retourne à l’atmosphère.

Les agents de la dénitrification sont très nombreux ; certains sont hétérotrophes : Pseudomonas, Nitrococcus... ; d’autres, autotrophes, utilisent l’énergie libérée par la dégradation des molécules pour effectuer leurs propres synthèses : Sulfobactériales, Hydrogénobactériales..., qui arrachent l’oxygène de pour effectuer leurs oxydations.

Ce travail peut être parfois très important : 120 kg par hectare et par an dans certaines conditions catastrophiques pour la végétation, qui perd alors à peu près toutes ses ressources alimentaires en azote. Cela se produit dans des sols chauds, riches en matières organiques et maintenus en anaérobiose (submergés). Les sols tropicaux humides sont particulièrement atteints.

Le cycle établi entre l’azote de l’air et les composés ammoniacaux et nitriques, d’une part, et les êtres vivants, d’autre part, est très complexe et peut être résumé par un schéma.

Cycle de l’eau

L’eau* est aussi un élément constitutif important des êtres vivants. Suivant les tissus, on en trouve de 70 à 80 p. 100 et même parfois 95 p. 100 (Méduses, fruits juteux). L’eau est le facteur limitatif le plus puissant (l’oxygène étant mis à part) de la vie des êtres vivants, un manque d’eau ayant un effet mortel beaucoup plus rapide que toute autre carence : seuls les kystes et quelques formes déshydratées (Mousses) peuvent résister assez longtemps.

L’eau a des rôles divers chez les êtres vivants : elle est le milieu de dispersion et de suspension des molécules qui constituent la matière vivante, le principal solvant de nombreuses substances qui ne traversent la membrane cytoplasmique qu’à l’état dissous, le véhicule des métabolites à l’intérieur des individus — presque toutes les transformations chimiques s’effectuent en son sein —, et enfin elle participe elle-même aux réactions en tant qu’agent chimique.

C’est sous forme liquide et de vapeur que l’eau joue, dans la biosphère, son rôle de beaucoup le plus important.

L’eau, liquide disponible dans la nature, peut être soit douce (eau de pluie, de ruissellement, de rivières, dans les lacs et les étangs ainsi que dans les couches du sol d’où elle nous est rendue par les sources, les puits ou les forages), soit salée, et c’est là la plus importante masse d’eau sur le globe, dans les océans, les mers et les lagunes.