Biodiversité microscopique : bactéries, champignons, microalgues

Le maintien de la biodiversité des micro-organismes, tant en termes de qualité que de quantité, au sein d'un écosystème est crucial pour sa santé. En effet, les communautés microbiennes jouent un rôle crucial en contrôlant les cycles bio-géochimiques, la qualité des sols et donc la production agro-alimentaire, et même la santé humaine. Les micro-organismes, malgré leur très petite taille, se caractérisent par une vaste diversité génétique et fonctionnelle par rapport aux autres êtres vivants. De plus, de nombreux micro-organismes ont toujours été utilisés et étudiés comme de véritables usines pour diverses applications biotechnologiques, depuis le domaine agroalimentaire in primis jusqu'aux domaines chimique et biomédical. Compte tenu de l'importance des services écosystémiques que fournit la biodiversité microbienne, sa perte marquerait un affaiblissement significatif des écosystèmes et de leur productivité. Il est donc nécessaire de préserver et de protéger les ressources microbiennes dans leurs écosystèmes naturels.

Les micro-organismes sont généralement des êtres vivants d'une taille inférieure à 0,1 mm, donc invisibles à l'œil nu. En fait, leur existence a été scientifiquement établie avec l'avènement du microscope. Avant même qu'elle ne soit documentée, une forme vivante invisible pour l'homme était soupçonnée d'être à l'origine de diverses maladies qui affectent l'homme, les animaux et les plantes. Les micro-organismes, en général, sont unicellulaires, donc formés d'une cellule unique capable d'assurer toutes les fonctions vitales essentielles, sans avoir besoin de compartiments ou d'une structure qui soit un tissu ou un organe. D'autres micro-organismes peuvent être formés de quelques cellules, mais sont dépourvus de toute organisation complexe.

Souvent, à tort, les micro-organismes ne sont désignés que sous le nom de bactéries. Les bactéries sont un groupe de micro-organismes dont la taille varie de quelques micromètres à 2 cm de long, exceptionnellement. Elles sont classables selon divers critères, tels que la forme, ou le métabolisme et la capacité à utiliser ou non l'oxygène atmosphérique et les conditions de croissance optimales, qui peuvent concerner la température, mais aussi le pH ou la concentration en sel. En outre, elles peuvent être subdivisées en symbiotes ou en pathogènes, en fonction de la relation qu'elles entretiennent avec l'organisme hôte. En effet, certaines bactéries vivent aux dépens d'autres organismes et sont responsables de dommages plus ou moins graves. D'autres bactéries, en revanche, peuvent être utiles à un autre être vivant, formant le microbiote intestinal ou cutané, tant chez l'animal que chez l'homme.

Les archées constituent un groupe particulier de micro-organismes, qui diffère des bactéries et des organismes ayant développé une plus grande complexité, appelés eucaryotes. Il s'agit d'organismes constitués d'une cellule unique, dépourvus de noyau et très semblables aux bactéries, à tel point qu'ils étaient autrefois classés dans le même groupe. Ils occupent tous les habitats les plus courants, tels que l'intestin humain ou le plancton, mais surtout les habitats les plus extrêmes. Leur capacité à prospérer dans des conditions inhospitalières est rendue possible par une série de caractéristiques métaboliques, génétiques et structurelles. Les archées dites "thermophiles" peuvent se développer à des températures supérieures à 100 °C, les psicrophiles sont capables d'occuper des environnements à très basse température, inférieure à -10 °C, les acidophiles et les alcalophiles sont ainsi nommées parce qu'elles se développent dans des environnements extrêmement acides ou basiques, respectivement ; enfin, les alophiles préfèrent les environnements à très forte salinité.

Les microalgues constituent un vaste groupe de microorganismes photosynthétiques qui occupent la plupart des écosystèmes terrestres, principalement aquatiques, mais aussi plus extrêmes. Le terme microalgues est couramment utilisé pour désigner à la fois des organismes plus simples, tels que les cyanobactéries, et des espèces plus complexes sur le plan évolutif, telles que les microalgues vertes, rouges et diatomiques. Les cyanobactéries, en particulier, sont des bactéries qui ont évolué pour réaliser la photosynthèse, en étant capables de capter d'autres longueurs d'onde que les plantes, car elles possèdent d'autres pigments photosynthétiques, tels que les phycobilines. Celles-ci comprennent la phycocyanine (bleue), la phycoérythrine (rouge) et l'allophycocyanine. Ces bactéries particulières ont été les premiers organismes à rejeter de l'oxygène dans l'atmosphère en tant que déchet de leur métabolisme photosynthétique.

Les champignons constituent un groupe d'organismes plus complexe comprenant des espèces unicellulaires et pluricellulaires; certains sont microscopiques à un moment de leur vie et macroscopiques à d'autres, comme le porc. La forme microscopique est souvent formée par la spore, sur laquelle repose généralement leur système de reproduction, tandis que la forme de vie multicellulaire macroscopique est le corps du champignon, une structure organisée en filaments appelés vie qui forment un réseau entrelacé, le mycelium. Dans le cas du porc, c'est la partie dont nous nous nourrissons. Certains champignons sont capables de dégrader des molécules complexes, comme la lignine et la cellulose, d'où leur nom de saprophytes. D'autres sont appelés parasites, mais il existe aussi des champignons symbiotes, et c'est le cas des formes de parasitisme contrôlé dans lesquelles il existe un avantage mutuel entre les deux organismes qui interagissent.

Les levures sont un groupe de champignons unicellulaires, de forme elliptique ou sphérique. Leur principale particularité est leur métabolisme, qui peut exploiter la respiration aérobie, et donc consommer de l'oxygène, ou effectuer une fermentation. Les levures fermentaires produisent de l'énergie en convertissant les sucres en dioxyde de carbone et en éthanol en l'absence d'oxygène. Ce métabolisme est exploité depuis l'époque égyptienne pour la production de bière et de vin, boissons riches en éthanol, puis pour la levée du pain, où le dioxyde de carbone libéré fait gonfler la pâte.

Les virus ne sont pas considérés comme des organismes vivants, car ils ne possèdent pas les caractéristiques minimales d'une cellule. Ce sont en effet des structures composées d'une enveloppe protéique protectrice contenant un acide nucléique, qui peut être de l'ADN ou de l'ARN, mais ils ne sont pas dotés d'une vie autonome. Pour se répliquer, ils doivent envahir un organisme hôte et exploiter sa machinerie de biosynthèse. Les virus sont extrêmement petits, si petits qu'ils ne sont pas visibles au microscope optique, avec une taille comprise entre 20 et 400 nm.

L'homme, au cours de l'histoire, a su tirer parti de cette grande tranche de biodiversité, la biodiversité microscopique, pour obtenir un certain nombre de produits utiles, notamment dans la sphère alimentaire. En effet, de nombreux micro-organismes sont actuellement utilisés dans l'industrie laitière, boulangère, de fermentation, mais aussi pour la production de carburants et dans la guerre en tant qu'armes biologiques. Toutefois, il convient de mentionner que certains de ces micro-organismes sontune source de composés bioactifs, tels que des antioxydants et des vitamines, qui trouvent des applications dans les secteurs cosmétique et nutraceutique.