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La manière dont les fourmis coupeuses de feuilles cultivent un jardin fongique pour décomposer les plantes pourrait donner un aperçu des futurs biocarburants.
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Les scientifiques ont passé des décennies à rechercher des moyens propres et efficaces de décomposer les plantes afin de les utiliser comme biocarburants et autres bioproduits. Un type de fourmi travaille avec un type de champignon pour y parvenir naturellement. Christine Burnum-Johnson et son équipe ont entrepris d'étudier comment cela pourrait être réalisé au niveau moléculaire. Crédit : Mike Perkins et Nathan Johnson | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
Les scientifiques ont passé des décennies à trouver des moyens de décomposer les matières végétales de manière efficace et abordable afin qu’elles puissent être transformées en bioproduits utiles qui profitent à la vie quotidienne.
Les biocarburants, les détergents, les compléments nutritionnels ou encore les plastiques sont le résultat de ce travail. Même si les scientifiques ont trouvé des moyens de dégrader les plantes dans la mesure nécessaire à la production d'une gamme de produits, certains polymères tels que la lignine, un composant essentiel des parois cellulaires des plantes, restent très difficiles à décomposer à moindre coût sans rejeter de polluants dans l'environnement. Ces polymères peuvent être laissés comme déchets sans autre utilisation.
On sait qu’une communauté microbienne spécialisée de champignons, de fourmis coupeuses de feuilles et de bactéries décompose naturellement les plantes, les convertissant en nutriments et autres composants qui sont absorbés et utilisés par les organismes et systèmes environnants. Mais l’identification de tous les composants biochimiques et réactions nécessaires à ce processus reste jusqu’à présent un défi majeur.
Christine Burnum-Johnson, responsable du groupe scientifique pour la biologie fonctionnelle et systémique au Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), et une équipe de collègues chercheurs du PNNL ont développé une méthode d'imagerie appelée imagerie fondée sur les protéines (MIPI). Cette méthode permet aux scientifiques d'approfondir jusqu'au niveau moléculaire et d'en apprendre davantage sur les composants essentiels qui font partie du processus de décomposition des plantes, ainsi que sur quoi, quand et où se produisent les réactions biochimiques importantes qui le rendent possible.
Grâce à cette méthode, l’équipe a découvert d’importants métabolites et enzymes qui catalysent diverses réactions biochimiques essentielles au processus de décomposition. Ils ont également révélé le but des bactéries résidentes du système : rendre le processus plus efficace. Ces idées peuvent être appliquées au développement futur des biocarburants et des bioproduits.
Les recherches de l'équipe étaient récentes publié dans Nature et biologie chimique.
La relation symbiotique entre les fourmis coupeuses de feuilles et les champignons révèle la clé du succès du déclin des plantes
Pour mener ses recherches, l’équipe a étudié un type de champignon connu pour sa relation symbiotique avec un type de fourmi coupeuse de feuilles, un champignon connu sous le nom de Leucoagaricus gongylophorus. Les fourmis utilisent des champignons pour cultiver un jardin fongique qui décompose les polymères végétaux et autres matériaux. Les composants restants de ce processus de décomposition sont utilisés et consommés par une variété d’organismes du jardin, permettant à tous de prospérer.
Les fourmis accomplissent ce processus en cultivant le champignon sur des feuilles fraîches dans des structures souterraines spécialisées. Ces structures finissent par devenir des jardins fongiques qui consomment la substance. Les organes bactériens résidents facilitent la décomposition en produisant des acides aminés et des vitamines qui soutiennent l'écosystème global du jardin.
« Les écosystèmes ont évolué sur des millions d'années pour devenir des systèmes symbiotiques parfaits », a déclaré Burnum-Johnson. « Comment pouvons-nous mieux apprendre de ces systèmes qu’en observant comment ces tâches sont naturellement accomplies ?
Mais ce qui rend l’étude de cette communauté fongique si difficile, c’est sa complexité. Bien que les plantes, les champignons, les fourmis et les bactéries soient tous des composants actifs du processus de décomposition des plantes, aucun d’entre eux n’est concentré sur une seule tâche ou ne réside dans un seul endroit. Considérez la petite échelle des réactions biochimiques qui se produisent au niveau moléculaire, et vous vous trouvez devant une énigme très difficile. Mais une nouvelle méthode d’imagerie MIPI développée au PNNL permet aux scientifiques de voir exactement ce qui se passe pendant le processus de décomposition.
« Nous disposons désormais des outils nécessaires pour comprendre pleinement la complexité de ces systèmes et les visualiser dans leur ensemble pour la première fois », a déclaré Burnum-Johnson.
Détecter les composants importants dans un système complexe
À l’aide d’un laser haute puissance, l’équipe a scanné des sections d’un jardin fongique de 12 microns d’épaisseur, soit la largeur approximative d’un film d’emballage en plastique. Ce processus a permis d'identifier l'emplacement des métabolites dans les échantillons, qui sont des vestiges de la dégradation des plantes. Cette technique a également permis de déterminer l’emplacement et l’abondance de polymères végétaux tels que la cellulose, le xylane et la lignine, ainsi que d’autres molécules dans des régions spécifiques. Les emplacements regroupés de ces composants indiquaient des points chauds où le matériel végétal était dégradé.
De là, l’équipe s’est dirigée vers ces zones pour observer les enzymes utilisées pour initier des réactions biochimiques dans un système vivant. Connaître le type et l'emplacement de ces enzymes leur a permis d'identifier quels microbes faisaient partie de ce processus.
Tous ces composants réunis ont permis de confirmer que le champignon était le principal décomposeur de matière végétale dans le système. De plus, l’équipe a déterminé que les bactéries présentes dans le système convertissaient les polymères végétaux prédigérés en métabolites utilisés comme vitamines et acides aminés dans le système. Ces vitamines et acides aminés profitent à l’ensemble de l’écosystème en accélérant la croissance fongique et le déclin des plantes.
Si les scientifiques utilisaient d'autres méthodes traditionnelles qui prennent des mesures globales des composants primaires d'un système, tels que les métabolites, les enzymes et d'autres molécules, ils feraient simplement la moyenne de ces substances, créant ainsi plus de bruit et masquant les informations, a déclaré Burnum-Johnson.
« Cela atténue les réactions chimiques importantes, rendant souvent ces processus indétectables », a-t-elle déclaré. « Pour analyser les écosystèmes écologiques complexes de ces communautés fongiques, nous devons connaître ces interactions précises et détaillées. Ces résultats peuvent ensuite être rapportés en laboratoire et utilisés pour créer des biocarburants et des bioproduits importants dans notre vie quotidienne. »
Utiliser la connaissance des systèmes complexes pour les futures recherches fongiques
Marija Veljkovic, chimiste et auteur principal de l'étude, a déclaré qu'elle s'était initialement intéressée à l'étude du jardin fongique et à la façon dont il décompose la lignine en fonction de la difficulté du projet.
« Les jardins fongiques sont les plus intéressants car ils constituent l'un des écosystèmes les plus complexes et sont constitués de plusieurs membres qui travaillent ensemble efficacement », a-t-elle déclaré. «Je voulais vraiment cartographier les activités au niveau microscopique pour mieux comprendre le rôle de chaque membre dans cet écosystème complexe.»
Veljković a réalisé toutes les expériences pratiques en laboratoire, collectant des matériaux pour les lames, numérisant des échantillons pour visualiser et identifier les métabolites dans chaque section et identifiant les points chauds de dégradation de la lignocellulose.
Velickovic et Burnam Johnson se sont déclarés satisfaits du succès de leur équipe.
« Nous avons déjà accompli ce que nous avions prévu de faire », a déclaré Burnum-Johnson. « Surtout en science, cela n'est pas garanti. »
L’équipe prévoit d’utiliser ses résultats pour des recherches plus approfondies, avec des plans spécifiques pour étudier la façon dont les communautés fongiques réagissent et se protègent face aux perturbations et autres perturbations.
« Nous comprenons désormais comment ces systèmes naturels décomposent très bien les matières végétales », a déclaré Burnum-Johnson. « En examinant les écosystèmes complexes à ce niveau, nous pouvons comprendre comment ils exercent cette activité et l'utilisent pour fabriquer des biocarburants et des bioproduits. »
Plus d'information:
Marija Veljković et al., Cartographie des microhabitats de dégradation de la lignocellulose par un consortium microbien, Nature et biologie chimique (2024). est ce que je: 10.1038/s41589-023-01536-7
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Vous avez des yeux d’aigle si vous parvenez à repérer la fusion de trous noirs « la plus éloignée » capturée par la NASA
La NASA a capturé des images de la fusion de trous noirs la plus lointaine jamais réalisée, mais vous aurez besoin d’yeux d’aigle pour la repérer.
Les dernières images publiées par une équipe internationale d’astronomes représentent la première fois que ce phénomène est détecté si tôt dans l’univers.
Avec des masses millions à milliards de fois supérieures à la masse du Soleil dans les galaxies les plus massives de l’univers local, ces trous noirs sont susceptibles d’avoir un impact majeur sur l’évolution des galaxies dans lesquelles ils vivent.
Cependant, les scientifiques ne savent toujours pas comment ces objets peuvent devenir si massifs.
Grâce au télescope spatial James Webb, des preuves ont été fournies de la fusion en cours de deux galaxies et de leurs trous noirs massifs dans un système connu sous le nom de ZS7.
Agence spatiale européenne Il prétend fournir des données alors que l’univers n’avait que 740 millions d’années.
Les images montrent maintenant la preuve que les deux trous noirs ont fusionné, se rapprochant très près de l’orbite l’un de l’autre.
Cependant, ils deviennent visibles par l’illumination d’un gaz chaud hautement ionisé par un rayonnement énergétique.
Il apparaît comme un petit point rouge parmi d’autres étincelles brillantes dans l’univers et est extrêmement difficile à détecter.
Vous aurez certainement besoin d’yeux d’aigle pour le reconnaître.
Mais grâce à la netteté sans précédent de ses capacités d’imagerie, le télescope spatial James Webb a pu fournir une image rapprochée des fusions de trous noirs.
L’un des trous noirs est légèrement plus visible que l’autre, car sa masse est 50 millions de fois celle du Soleil.
Mais trois images distinctes permettent de faire la lumière sur ce phénomène étonnant.
Mesurer le deuxième trou noir est plus difficile car il est enfoui dans un gaz dense, a déclaré Roberto Maiolino, membre de l’équipe de l’ESA de l’Université de Cambridge et de l’University College London au Royaume-Uni.
L’auteur principal Hannah Opler, de l’Université de Cambridge, a déclaré : « Nos résultats suggèrent que la fusion est une voie importante par laquelle les trous noirs peuvent se développer rapidement, même à l’aube cosmique.
« Avec les autres découvertes de Webb sur les trous noirs massifs et actifs dans l’univers lointain, nos résultats montrent également que les trous noirs massifs façonnent l’évolution des galaxies depuis le début. »
Ailleurs, des images époustouflantes ont capturé le moment où une comète voyageant à 1 700 milles à l’heure a illuminé le ciel nocturne dans un spectacle rare.
Les astronomes ont été stupéfaits lorsqu’une boule de feu a transformé le ciel noir en bleu verdâtre dans certaines parties de l’Espagne et du Portugal.
Des images époustouflantes capturées par une caméra de voiture au Portugal montraient un objet bleu éblouissant en forme de boule de feu avec une longue queue tombant du ciel.
Fusions de trous noirs
Un trou noir est un endroit dans l’espace où la gravité tire si fort que même la lumière ne peut en sortir.
Cependant, dans certains cas, deux trous noirs peuvent entrer en collision.
Connu sous le nom de trou noir binaire, il s’agit d’un système composé de deux trous noirs en orbite étroite l’un autour de l’autre.
Une fois qu’ils seront trop proches pour échapper à la gravité de chacun, ils fusionneront pour former un trou noir plus grand.
Une fois les deux trous noirs fusionnés, ils généreront des ondes gravitationnelles.
Les résultats suggèrent que la fusion est une voie importante par laquelle les trous noirs peuvent se développer rapidement.
Les astronomes ont récemment découvert des trous noirs supermassifs dont la masse varie de plusieurs millions à des milliards de fois celle du Soleil dans les galaxies les plus massives de l’univers local.
L’équipe a découvert que la masse de l’un des trous noirs est 50 millions de fois celle du Soleil.
Roberto Maiolino, de l’Université de Cambridge et de l’University College London, a expliqué que la masse de l’autre trou noir est « probablement similaire ».
Il est cependant « beaucoup plus difficile » à mesurer car ce deuxième trou noir est enfoui dans un gaz dense, ajoute-t-il.
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Les nuages de poussière issus de l’exploitation minière en haute mer parcourent de longues distances – Recherche
Halbom a noté que l’exploitation minière en haute mer pourrait avoir lieu à des profondeurs en dessous desquelles la vie n’a pas encore été décrite.
Entre autres choses, le limon des fonds marins, qui sera remué lors de l’extraction des nodules de manganèse, constitue une préoccupation majeure. Étant donné que la vie dans les profondeurs marines est largement inconnue, l’assombrissement des eaux créera des effets totalement inconnus.
Pour ses recherches, Halbom a mené des expériences en utilisant différents instruments pour mesurer la quantité et la taille des particules en suspension dans l’eau. Au fond du Clarion-Clipperton Tract, une vaste zone située au fond de l’océan Pacifique, elle a effectué des mesures avec ces instruments avant et après avoir traîné un réseau de 500 kilogrammes de chaînes en acier sur le fond.
Le scientifique a noté : « La première chose qui attire votre attention lorsque vous effectuez des mesures dans cette zone est la clarté inimaginable de l’eau qui est naturellement. » « Après avoir tiré les chaînes d’avant en arrière sur 500 mètres, la grande majorité des matériaux agités se sont déposés en seulement quelques centaines de mètres. Cependant, nous avons également constaté qu’une petite partie des matériaux de fond agités était encore visible à des centaines de mètres. le site de test. » mètres au-dessus du fond et l’eau était plus sombre que d’habitude sur de longues distances depuis le site de test.
Dans une étude de suivi, à laquelle Halbom n’a pas participé, des « nuages de poussière » étaient visibles même jusqu’à cinq kilomètres du site d’essai.
Les entreprises qui se disputent des concessions pour extraire des minéraux des fonds marins exploitent les résultats de ces expériences préliminaires comme une indication de l’impact réduit de l’exploitation minière en eaux profondes sur la vie au fond des mers. Cependant, cela est injustifié, a déclaré Henko de Stegter, co-promoteur des recherches de Halbom et océanographe à l’Institut royal néerlandais de recherche marine.
« Certes, sur la base de cette recherche doctorale et également des recherches ultérieures, nous savons que la grande majorité de la poussière se dépose rapidement », a-t-il ajouté. « Mais si l’on prend en compte la pureté habituelle de cette eau et de cette vie. en haute mer dépend d’une nourriture extrêmement rare dans l’eau, « Cette dernière partie peut avoir un impact important ».
Halbom et De Stegter appellent à davantage de recherches avant de faire des déclarations fermes sur l’impact de l’exploitation minière en haute mer.
« Il est vraiment trop tôt pour dire à ce stade à quel point ce dernier morceau de poussière qui pourrait se propager sur de si grandes distances pourrait être nocif ou nocif », a souligné De Stegter.
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