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Planète bleue, photosynthèse rouge et verte décrit les mécanismes qui permettent aux organismes photosynthétiques aquatiques de contribuer pour moitié à la productivité primaire nette, d’atténuer les changements climatiques en séquestrant le dioxyde de carbone et, par la production d’oxygène, d’avoir transformé l’atmosphère anoxique originelle de la Terre au cours de l’évolution.
La photosynthèse aquatique est réalisée par une grande diversité d’organismes, impliquant majoritairement des cyanobactéries et des algues issues de la « lignée rouge », contrairement à la productivité primaire terrestre qui est restreinte aux plantes de la « lignée verte ».
Cet ouvrage présente comment, afin de maximiser la productivité, les producteurs aquatiques primaires ont développé des structures et des mécanismes qui augmentent l’apport de dioxyde de carbone à l’enzyme Rubisco qui est responsable de la fixation du dioxyde de carbone. L’analyse s’étend des mécanismes moléculaires impliqués dans l’absorption du carbone aquatique aux conséquences globales de la modification de la planète bleue par l’Homme.
1. Introduction à la productivité et au cycle du carbone dans les écosystèmes aquatiques
2. Évolution des photoautotrophes aquatiques
3. Modèles biogéographiques et génomes des photoautotrophes aquatiques
4. Acquisition du carbone inorganique par les producteurs aquatiques primaires
5. Mécanismes biochimiques de concentration du dioxyde de carbone
6. Anhydrase carbonique
7. Carboxysomes et pyrénoïdes dans les mécanismes de concentration du CO2
8. Variabilité environnementale et son contrôle de la productivité
9. Réponses futures des producteurs primaires marins aux changements environnementaux
Stephen Christopher Maberly
Stephen Christopher Maberly est membre émérite du UK Centre for Ecology & Hydrology (Royaume-Uni). Il est expert en limnologie, en écophysiologie des algues et des plantes aquatiques et en photosynthèse.
Brigitte Gontero
Brigitte Gontero est directrice de recherche au CNRS, BIP, Marseille. Biochimiste de formation, elle dirige un groupe qui étudie le métabolisme des algues, depuis la fixation du CO2 jusqu’à la production de lipides.
Chapitre 1
Introduction à la productivité et au cycle du carbone dans les écosystèmes aquatiques (pages : 5-27)
Les auteurs exposent les grandes lignes des processus impliqués dans la photosynthèse : la capture de l’énergie lumineuse et la fixation du carbone inorganique en carbone organique par la Rubisco. Ce chapitre présente aussi une vue d’ensemble du cycle global du carbone, ses changements au cours de l’évolution.
Chapitre 2
Évolution des photoautotrophes aquatiques (pages : 29-43)
L’auteur retrace l’évolution des organismes aquatiques photoautotrophes, ainsi que l’héritage et l’évolution des différents aspects de la machinerie photosynthétique des procaryotes aux eucaryotes, incluant les plantes d’eau douce et les herbiers marins.
Chapitre 3
Modèles biogéographiques et génomes des photoautotrophes aquatiques (pages : 45-82)
Les auteurs présentent les relations phylogénétiques et la biogéographie du phytoplancton marin, fournis par le séquençage de l’ADN à haut débit et par un large échantillonnage environnemental.
Chapitre 4
Acquisition du carbone inorganique par les producteurs aquatiques primaires (pages : 83-134)
Les auteurs décrivent comment les problèmes d’approvisionnement en carbone inorganique sont contrebalancés par l’acquisition active du bicarbonate et par une capture du CO2 facilitée dans le but de concentrer le CO2 autour du site actif de la Rubisco.
Chapitre 5
Mécanismes biochimiques de concentration du dioxyde de carbone (pages : 135-168)
Le débat autour des mécanismes de concentration du CO2 (MCCs), biophysique versus biochimique, est développé dans ce chapitre 5 dans lequel Gontero et Maberly décrivent les mécanismes des MCCs biochimiques, de la photosynthèse C4 et du métabolisme acide crassulacéen, chez les plantes et algues d’eau douce et de mer.
Chapitre 6
Anhydrase carbonique (pages : 169-197)
Les auteurs présentent les propriétés, les types/classes et les fonctions d’une métalloenzyme, l’anhydrase carbonique qui interconvertit rapidement le CO2 et le bicarbonate, une enzyme ubiquitaire mais structurellement variable.
Chapitre 7
Carboxysomes et pyrénoïdes dans les mécanismes de concentration du CO2 (pages : 199-227)
L’auteur décrit comment la Rubisco peut être concentrée dans des micro-compartiments, le carboxysome chez les cyanobactéries et le pyrénoide chez certaines algues eucaryotes, dans l’objectif de concentrer efficacement le CO2 autour de cette enzyme.
Chapitre 8
Variabilité environnementale et son contrôle de la productivité (pages : 229-276)
Les auteurs exposent les principales ressources nécessaires pour les photoautotrophes photosynthétiques, les mécanismes impliqués dans leur acquisition et leur assimilation, ainsi que la manière dont la variation de ces facteurs contrôlent la productivité du phytoplancton.
Chapitre 9
Réponses futures des producteurs primaires marins aux changements environnementaux (pages : 277-308)
Les auteurs décrivent comment les producteurs primaires marins ont répondu au changement climatique global, qui inclue les changements de température, l’acidification des océans, l’impact des ultraviolets, ainsi que les interactions entre ces facteurs. Ils évaluent les possibles effets de changements futurs sur l’environnement liés aux activités humaines.
