Diatomée - Diatom

Diatomées
Plage temporelle : Jurassique–présent
Les diatomées au microscope.jpg
Microscopie optique d'un échantillon de diatomées marines trouvées vivant entre des cristaux de glace de mer annuelle en Antarctique, montrant une multiplicité de tailles et de formes
Classement scientifique e
Clade : DAS
Phylum: Ochrophyte
Subphylum: Khakista
Classer: Bacillariophycées
Dangeard , 1933
Synonymes

Les diatomées ( diá-tom-os 'coupé en deux', de diá , 'à travers' ou 'à part', et la racine de tém-n-ō , 'je coupe') sont un groupe majeur d' algues , en particulier les microalgues , trouvées dans les océans, les cours d'eau et les sols du monde. Les diatomées vivantes constituent une part importante de la biomasse terrestre : elles génèrent environ 20 à 50 % de l' oxygène produit sur la planète chaque année, absorbent chaque année plus de 6,7 milliards de tonnes de silicium des eaux dans lesquelles elles vivent et constituent près de la moitié de la matière organique trouvée dans les océans. Les coquilles de diatomées mortes peuvent atteindre jusqu'à 800 m de profondeur au fond de l'océan, et l'ensemble du bassin amazonien est fertilisé chaque année par 27 millions de tonnes de poussière de coquilles de diatomées transportées par les vents transatlantiques du Sahara africain , bien de celui-ci de la dépression de Bodélé , qui était autrefois constituée d'un système de lacs d'eau douce.

Les diatomées sont unicellulaires : elles se présentent soit en cellules solitaires, soit en colonies , qui peuvent prendre la forme de rubans, d'éventails, de zigzags ou d'étoiles. Les cellules individuelles ont une taille de 2 à 200 micromètres. En présence de nutriments adéquats et de lumière solaire, un assemblage de diatomées vivantes double environ toutes les 24 heures par fission multiple asexuée ; la durée de vie maximale des cellules individuelles est d'environ six jours. Les diatomées ont deux formes distinctes : quelques-unes ( diatomées centriques ) sont à symétrie radiale , tandis que la plupart ( diatomées pennées ) sont largement symétriques bilatéralement . Une caractéristique unique de l' anatomie des diatomées est qu'elles sont entourées d'une paroi cellulaire en silice (dioxyde de silicium hydraté), appelée frustule . Ces frustules ont une coloration structurelle due à leur nanostructure photonique , les incitant à être décrites comme des « joyaux de la mer » et des « opales vivantes ». Le mouvement des diatomées se produit principalement de manière passive en raison à la fois des courants d'eau et de la turbulence de l' eau induite par le vent ; cependant, les gamètes mâles des diatomées centriques ont des flagelles , permettant un mouvement actif pour rechercher des gamètes femelles. Semblable à des plantes , convertir diatomées énergie lumineuse à l' énergie chimique par la photosynthèse , bien que ce partage autotrophie évolué indépendamment dans les deux lignées .

Exceptionnellement pour les organismes autotrophes, les diatomées possèdent un cycle de l'urée , une caractéristique qu'elles partagent avec les animaux , bien que ce cycle soit utilisé à différentes fins métaboliques chez les diatomées. La famille des Rhopalodiaceae possède également un endosymbiote cyanobactérien appelé corps sphéroïde. Cet endosymbiote a perdu ses propriétés photosynthétiques, mais a conservé sa capacité à fixer l'azote , permettant à la diatomée de fixer l'azote atmosphérique . D'autres diatomées en symbiose avec des cyanobactéries fixatrices d'azote font partie des genres Hemiaulus , Rhizosolenia et Chaetoceros .

L'étude des diatomées est une branche de la phycologie . Les diatomées sont classées comme des eucaryotes , des organismes dotés d'un noyau cellulaire lié à la membrane , qui les sépare des archées procaryotes et des bactéries . Les diatomées sont un type de plancton appelé phytoplancton , le plus commun des types de plancton. Les diatomées poussent également attachées aux substrats benthiques , aux débris flottants et aux macrophytes . Ils font partie intégrante de la communauté du périphyton . Une autre classification divise le plancton en huit types en fonction de la taille : dans ce schéma, les diatomées sont classées comme des microalgues. Il existe plusieurs systèmes de classification des différentes espèces de diatomées .

Des preuves fossiles suggèrent que les diatomées sont apparues pendant ou avant le début de la période jurassique , il y a environ 150 à 200 millions d'années. La plus ancienne preuve fossile de diatomées est un spécimen du genre Hemiaulus existant dans l'ambre vieilli du Jurassique supérieur de Thaïlande.

Les diatomées sont utilisées pour surveiller les conditions environnementales passées et présentes et sont couramment utilisées dans les études sur la qualité de l'eau. La terre de diatomées (diatomite) est une collection de coquilles de diatomées trouvées dans la croûte terrestre. Ce sont des roches sédimentaires molles contenant de la silice qui sont facilement émiettées en une fine poudre et ont généralement une granulométrie de 10 à 200 m. La terre de diatomées est utilisée à diverses fins, notamment pour la filtration de l'eau, comme abrasif doux, dans la litière pour chats et comme stabilisateur de dynamite.

Animation 3D de la diatomée Corethron sp.
Affiche les superpositions de quatre canaux fluorescents
(a) Vert : [DiOC6(3) fluorescence] - colore les membranes cellulaires indiquant les corps cellulaires centraux
(b) Cyan : [PLL-A546 fluorescence] - contre-colorant générique pour visualiser les surfaces des cellules eucaryotes
(c) Bleu : [Hoechst fluorescence] - colore l'ADN, identifie les noyaux
(d) Rouge : [autofluorescence de la chlorophylle] - résout les chloroplastes 
L'animation commence par superposer tous les canaux fluorescents disponibles, puis clarifie la visualisation en activant et désactivant les canaux
Diatomées en déclin et couche de mélange
Les océans de la Terre regorgent de plantes microscopiques appelées phytoplancton . Mais selon une étude de la NASA de 2015, les populations de diatomées, le plus grand type d'algues phytoplanctoniques, ont diminué de plus de 1% par an de 1998 à 2012. Le phytoplancton est une base essentielle du réseau trophique marin et absorbe le dioxyde de carbone dissous dans l'océan. qui vient à l'origine de l'atmosphère. Les minuscules organismes occupent la couche supérieure de l'eau de l'océan, appelée couche mixte , où les vagues et les courants se remuent continuellement, puisant les nutriments d'une couche d'eau plus profonde en dessous. Les scientifiques disent que les déclins du phytoplancton observés au cours de la période d'étude de 15 ans sont dus au fait que la couche de mélange devient moins profonde, ce qui entraîne moins de nutriments atteignant les diatomées. La réduction de la population peut réduire la quantité de dioxyde de carbone extraite de l'atmosphère et transférée dans les profondeurs océaniques pour un stockage à long terme.

Morphologie

Les diatomées mesurent généralement de 2 à 200 micromètres, avec quelques espèces plus grandes. Leurs chloroplastes brun jaunâtre , siège de la photosynthèse, sont typiques des hétérocontes , possédant quatre membranes et contenant des pigments tels que le caroténoïde fucoxanthine . Les individus sont généralement dépourvus de flagelles , mais ils sont présents dans les gamètes mâles des diatomées centriques et ont la structure hétérokonte habituelle, y compris les poils ( mastigonèmes ) caractéristiques des autres groupes.

Les diatomées sont souvent appelées « joyaux de la mer » ou « opales vivantes » en raison de leurs propriétés optiques. La fonction biologique de cette coloration structurelle n'est pas claire, mais on suppose qu'elle pourrait être liée à la communication, au camouflage, à l'échange thermique et/ou à la protection UV.

Les diatomées construisent des parois cellulaires complexes, dures mais poreuses, appelées frustules, composées principalement de silice . Ce mur siliceux peut être fortement modelé avec une variété de pores, de nervures, d'épines minuscules, de crêtes marginales et d'élévations ; qui peuvent tous être utilisés pour délimiter les genres et les espèces.

La cellule elle-même se compose de deux moitiés, chacune contenant une plaque essentiellement plate, ou valve, et une connexion marginale, ou bande de ceinture. Une moitié, l' hypothèque , est légèrement plus petite que l'autre moitié, l' épithèque . La morphologie des diatomées varie. Bien que la forme de la cellule soit généralement circulaire, certaines cellules peuvent être triangulaires, carrées ou elliptiques. Leur caractéristique distinctive est une coquille minérale dure ou frustule composée d'opale (acide silicique hydraté et polymérisé).

Représentation d'une diatomée
1) Noyau ; détient le matériel génétique
2) Nucléole ; Localisation des chromosomes
3) Complexe de Golgi ; modifie les protéines et les envoie hors de la cellule
4) Paroi cellulaire ; Membrane externe de la cellule
5) Pyrenoïde ; centre de fixation du carbone
6) Chromatophore ; structure membranaire porteuse de pigment
7) Vacuoles ; vésicule d'une cellule qui contient un fluide lié par une membrane
8) Brins cytoplasmiques ; tenir le noyau
9) Mitochondries ; créer de l' ATP (énergie) pour la cellule
10) Valves/Stries ; permettre aux nutriments d'entrer et de gaspiller hors de la cellule
Structures complexes de la diatomée
a) Aréoles (de perforation en forme de boîte hexagonale ou polygonale avec un présent tamis sur la surface de diatomée)
b) Stries (pores, punctae, des taches ou des points dans une ligne sur la surface)
c) raphé (fente dans les valves)
d) nodule central (épaississement de la paroi au milieu du raphé)
e) Stigmates (trous à travers la surface de la valve qui semble arrondie à l'extérieur mais avec une fente comme à l'intérieur)
f) Punctae (taches ou petites perforations à la surface)
g) Nodules polaires (épaississement de la paroi au les extrémités distales du raphé)
Sélections de 1904 Kunstformen der Natur (Formes d'art de la nature) d' Ernst Haeckel , montrant des frustules pennées (à gauche) et centrées (à droite).

Les diatomées se divisent en deux groupes qui se distinguent par la forme du frustule : les diatomées centriques et les diatomées pennées .

Les diatomées pennées sont à symétrie bilatérale. Chacune de leurs valves a des ouvertures qui sont des fentes le long des raphés et leurs coquilles sont généralement allongées parallèlement à ces raphés. Ils génèrent un mouvement cellulaire à travers le cytoplasme qui s'écoule le long des raphés, se déplaçant toujours le long des surfaces solides.

Les diatomées centrées sont radialement symétriques. Ils sont composés de valves supérieure et inférieure – épithèque et hypothèque – chacune constituée d'une valve et d'une ceinture qui peut facilement glisser l'une sous l'autre et se dilater pour augmenter le contenu cellulaire au cours de la progression des diatomées. Le cytoplasme de la diatomée centrée est situé le long de la surface interne de la coquille et fournit une doublure creuse autour de la grande vacuole située au centre de la cellule. Cette grande vacuole centrale est remplie d'un fluide connu sous le nom de « sève cellulaire » qui est similaire à l'eau de mer mais varie en fonction de la teneur en ions spécifiques. La couche cytoplasmique abrite plusieurs organites, comme les chloroplastes et les mitochondries. Avant que la diatomée centrale ne commence à se développer, son noyau est au centre de l'une des valves et commence à se déplacer vers le centre de la couche cytoplasmique avant que la division ne soit terminée. Les diatomées centrales ont une variété de formes et de tailles, selon l'axe à partir duquel la coquille s'étend et si des épines sont présentes.

Classification de forme des frustules de diatomées. Les images sont des modèles 3D. La taille réelle des frustules est d'environ 10 à 80 µm.
Structure d'un frustule de diatomée centrée

Comportement

La plupart centrées et araphid pennées sont Diatomées motiles , et leurs parois cellulaires relativement denses les font couler facilement. Les formes planctoniques en eau libre reposent généralement sur le mélange turbulent des couches supérieures des eaux océaniques par le vent pour les maintenir en suspension dans les eaux de surface éclairées par le soleil. De nombreuses diatomées planctoniques ont également développé des caractéristiques qui ralentissent leur vitesse de descente, telles que des épines ou la capacité de se développer en chaînes coloniales. Ces adaptations augmentent leur rapport surface/volume et leur traînée , leur permettant de rester plus longtemps en suspension dans la colonne d'eau. Des cellules individuelles peuvent réguler la flottabilité via une pompe ionique.

Certaines diatomées pennées sont capables d'un type de locomotion appelé « glissement », qui leur permet de se déplacer sur des surfaces via le mucilage adhésif sécrété par le raphé (une fente allongée dans la face de la valve). Pour qu'une cellule de diatomée glisse, elle doit avoir un substrat solide auquel le mucilage adhère.

Les cellules sont solitaires ou réunies en colonies de diverses sortes, qui peuvent être liées par des structures siliceuses ; tampons, tiges ou tubes de mucilage ; masses amorphes de mucilage; ou par des filaments de chitine (polysaccharide), qui sont sécrétés par les processus de la cellule.

Chaetoceros willei
Gran, 1897
Chaetoceros furcillatus J.W. Bailey, 1856
Les diatomées planctoniques telles que Thalassiosira sp. (56-62), Astéromphalus sp. (63), Aulacoseira sp. (64-66) et Chaetoceros (voir l'image jumelle ci-dessus) poussent souvent en chaînes et ont des caractéristiques telles que des épines qui ralentissent les taux de chute en augmentant la traînée.
Certaines diatomées Thalassiosira forment des colonies en forme de chaînes, comme celles recueillies près de la côte de la péninsule antarctique par la goélette de l' expédition Tara Oceans pour la recherche sur le plancton.
Cette projection d'une pile d' images confocales montre la paroi cellulaire des diatomées (cyan), les chloroplastes (rouge), l' ADN (bleu), les membranes et les organites (vert).

Cycle de la vie

Reproduction sexuée
Diatomée centrée ( oogamie )
Diatomée pennée ( isogamie morphologique , anisogamie physiologique )

Reproduction et taille des cellules

La reproduction parmi ces organismes est asexuée par fission binaire , au cours de laquelle la diatomée se divise en deux parties, produisant deux "nouvelles" diatomées avec des gènes identiques. Chaque nouvel organisme reçoit l'un des deux frustules – l'un plus gros, l'autre plus petit – possédés par le parent, que l'on appelle désormais l' épithèque ; et est utilisé pour construire un deuxième frustule plus petit, l' hypothèque . La diatomée qui a reçu le plus grand frustule devient de la même taille que son parent, mais la diatomée qui a reçu le plus petit frustule reste plus petite que son parent. Cela entraîne une diminution de la taille moyenne des cellules de cette population de diatomées. Il a cependant été observé que certains taxons ont la capacité de se diviser sans entraîner de réduction de la taille des cellules. Néanmoins, afin de restaurer la taille des cellules d'une population de diatomées pour celles qui subissent une réduction de taille, la reproduction sexuée et la formation d' auxospores doivent se produire.

La division cellulaire

Les cellules végétatives des diatomées sont diploïdes (2N) et la méiose peut donc avoir lieu, produisant des gamètes mâles et femelles qui fusionnent ensuite pour former le zygote . Le zygote perd sa thèque de silice et se développe en une grande sphère recouverte d'une membrane organique, l'auxospore. Une nouvelle cellule de diatomées de taille maximale, la cellule initiale, se forme au sein de l'auxospore, inaugurant ainsi une nouvelle génération. Des spores au repos peuvent également se former en réponse à des conditions environnementales défavorables, la germination se produisant lorsque les conditions s'améliorent.

Motilité des spermatozoïdes

Les diatomées sont pour la plupart immobiles ; cependant, les spermatozoïdes trouvés chez certaines espèces peuvent être flagellés , bien que la motilité soit généralement limitée à un mouvement de glissement. Chez les diatomées centriques, les petits gamètes mâles ont un flagelle tandis que les gamètes femelles sont gros et immobiles ( oogames ). Inversement, chez les diatomées pennées, les deux gamètes sont dépourvus de flagelles ( isogames ). Certaines espèces d'araphidés, c'est-à-dire les diatomées pennées sans raphé (couture), ont été documentées comme anisogames et sont donc considérées comme représentant une étape de transition entre les diatomées pennées centriques et raphidées, les diatomées avec raphé.

Dégradation par les microbes

Certaines espèces de bactéries des océans et des lacs peuvent accélérer le taux de dissolution de la silice dans les diatomées mortes et vivantes en utilisant des enzymes hydrolytiques pour décomposer la matière organique algale.

Écologie

Régions de forte abondance de diatomées dans l'océan
Le cycle océanique moderne du silicium
Montrant les principaux flux de silicium. La majeure partie de la silice biogénique dans l'océan (silice produite par l'activité biologique ) provient des diatomées. Les diatomées extraient l' acide silicique dissous des eaux de surface au fur et à mesure de leur croissance et le renvoient dans la colonne d'eau lorsqu'elles meurent. Les apports de silicium arrivent d'en haut via la poussière éolienne , des côtes via les rivières et d'en bas via le recyclage des sédiments du fond marin , l'altération et l' activité hydrothermale .
         Les flux sont en T mol Si y -1 (28 millions de tonnes de silicium par an)
Diatomée pennée provenant d'un étang de fonte de l' Arctique , infectée par deux agents pathogènes fongiques [zoo-]sporanges de type chytride (en rouge faussement coloré). Barre d'échelle = 10 m.
Dominance des diatomées (en pourcentage du nombre total de cellules)
par rapport à la concentration de silicate

Distribution

Les diatomées sont un groupe répandu et peuvent être trouvées dans les océans , dans l'eau douce , dans les sols et sur les surfaces humides. Ils sont l'un des composants dominants du phytoplancton dans les eaux côtières riches en nutriments et pendant les efflorescences océaniques printanières, car ils peuvent se diviser plus rapidement que les autres groupes de phytoplancton. La plupart vivent pélagiques en eau libre, bien que certains vivent sous forme de pellicules de surface à l'interface eau-sédiment ( benthique ), ou même dans des conditions atmosphériques humides. Ils sont particulièrement importants dans les océans, où ils contribuent à environ 45 % de la production primaire océanique totale de matière organique. La distribution spatiale des espèces marines de phytoplancton est restreinte à la fois horizontalement et verticalement.

Croissance

Les diatomées planctoniques dans les environnements d'eau douce et marins présentent généralement un mode de vie " boom and bust " (ou " bloom and bust "). Lorsque les conditions de la couche supérieure de mélange (nutriments et lumière) sont favorables (comme au printemps ), leur avantage concurrentiel et leur vitesse de croissance rapide leur permettent de dominer les communautés phytoplanctoniques ("boom" ou "bloom"). En tant que tels, ils sont souvent classés comme des stratèges r opportunistes ( c'est -à- dire les organismes dont l'écologie est définie par un taux de croissance élevé, r ).

Contribution au cycle océanique moderne du silicium

Les diatomées contribuent de manière significative au cycle océanique moderne du silicium : elles sont à l'origine de la grande majorité de la production biologique.

Impacter

La diatomée d'eau douce Didymosphenia geminata , communément appelée Didymo, provoque une grave dégradation de l'environnement dans les cours d'eau où elle fleurit, produisant de grandes quantités d'un matériau ressemblant à de la gelée brune appelé "morve brune" ou "morve de roche". Cette diatomée est originaire d'Europe et est une espèce envahissante aux antipodes et dans certaines parties de l'Amérique du Nord . Le problème est le plus souvent enregistré en Australie et en Nouvelle-Zélande .

Lorsque les conditions deviennent défavorables, généralement lors de l'épuisement des nutriments, les cellules de diatomées augmentent généralement leur vitesse de descente et sortent de la couche mélangée supérieure ("buste"). Ce naufrage est induit soit par une perte de contrôle de la flottabilité, soit par la synthèse de mucilage qui colle les cellules de diatomées entre elles, soit par la production de spores lourdes au repos . L'enfoncement de la couche supérieure de mélange élimine les diatomées des conditions défavorables à la croissance, y compris les populations de brouteurs et les températures plus élevées (qui, autrement, augmenteraient le métabolisme cellulaire ). Les cellules atteignant des eaux plus profondes ou le fond marin peu profond peuvent alors se reposer jusqu'à ce que les conditions redeviennent plus favorables. En haute mer, de nombreuses cellules en train de couler sont perdues dans les profondeurs, mais des populations refuges peuvent persister près de la thermocline .

En fin de compte, les cellules de diatomées de ces populations au repos rentrent dans la couche supérieure de mélange lorsqu'un mélange vertical les entraîne. Dans la plupart des cas, ce mélange reconstitue également les nutriments de la couche supérieure de mélange, préparant le terrain pour la prochaine série de proliférations de diatomées. En haute mer (loin des zones d' upwelling continu ), ce cycle de floraison, d'éclatement, puis de retour aux conditions de pré-floraison se produit généralement sur un cycle annuel, les diatomées n'étant répandues qu'au printemps et au début de l'été. Dans certains endroits, cependant, une floraison automnale peut se produire, causée par la rupture de la stratification estivale et l'entraînement de nutriments alors que les niveaux de lumière sont encore suffisants pour la croissance. Étant donné que le mélange vertical augmente et que les niveaux de lumière diminuent à l'approche de l'hiver, ces proliférations sont plus petites et de plus courte durée que leurs équivalents printaniers.

En haute mer, la floraison des diatomées (printemps) se termine généralement par une pénurie de silicium. Contrairement à d'autres minéraux, le besoin en silicium est unique aux diatomées et il n'est pas régénéré dans l'écosystème du plancton aussi efficacement que, par exemple, les nutriments azotés ou phosphorés . Cela peut être vu dans les cartes des concentrations de nutriments de surface - à mesure que les nutriments diminuent le long des gradients, le silicium est généralement le premier à être épuisé (suivi normalement par l'azote puis le phosphore).

En raison de ce cycle de floraison et de disparition, on pense que les diatomées jouent un rôle disproportionné dans l'exportation de carbone des eaux de surface océaniques (voir aussi la pompe biologique ). De manière significative, ils jouent également un rôle clé dans la régulation du cycle biogéochimique du silicium dans l'océan moderne.

Raison du succès

Les diatomées réussissent sur le plan écologique et sont présentes dans pratiquement tous les environnements contenant de l'eau - non seulement les océans, les mers, les lacs et les cours d'eau, mais aussi le sol et les zones humides. L'utilisation du silicium par les diatomées est considérée par de nombreux chercheurs comme la clé de ce succès écologique. Raven (1983) a noté que, par rapport aux parois cellulaires organiques , les frustules de silice nécessitent moins d'énergie pour être synthétisées (environ 8 % d'une paroi organique comparable), ce qui représente potentiellement une économie significative sur le budget énergétique global des cellules. Dans une étude désormais classique, Egge et Aksnes (1992) ont constaté que la dominance des diatomées des communautés de mésocosmes était directement liée à la disponibilité de l'acide silicique - lorsque les concentrations étaient supérieures à 2 μmol m -3 , ils ont constaté que les diatomées représentaient généralement plus de 70 %. de la communauté phytoplanctonique. D'autres chercheurs ont suggéré que la silice biogénique dans les parois cellulaires des diatomées agit comme un agent tampon efficace du pH , facilitant la conversion du bicarbonate en CO 2 dissous (qui est plus facilement assimilable). Plus généralement, nonobstant ces éventuels avantages conférés par leur utilisation de silicium, les diatomées ont typiquement des vitesses de croissance plus élevées que d'autres algues de même taille correspondante.

Sources de collecte

Les diatomées peuvent être obtenues à partir de plusieurs sources. Les diatomées marines peuvent être collectées par échantillonnage direct de l'eau, et les formes benthiques peuvent être sécurisées en grattant des balanes , des huîtres et d'autres coquilles. Les diatomées sont fréquemment présentes sous la forme d'une couche brune et glissante sur les pierres et les bâtons immergés, et on peut les voir "ruisseler" avec le courant de la rivière. La boue de surface d'un étang, d'un fossé ou d'un lagon produira presque toujours des diatomées. On trouve souvent des diatomées vivantes accrochées en grand nombre à des algues filamenteuses ou formant des masses gélatineuses sur diverses plantes submergées. Cladophora est fréquemment recouvert de Cocconeis , une diatomée de forme elliptique; Vaucheria est souvent couverte de petites formes. Étant donné que les diatomées constituent une partie importante de la nourriture des mollusques , des tuniciers et des poissons , le tube digestif de ces animaux donne souvent des formes qui ne sont pas facilement sécurisées par d'autres moyens. Les diatomées peuvent émerger en remplissant un bocal d'eau et de boue, en l'enveloppant dans du papier noir et en laissant tomber la lumière directe du soleil sur la surface de l'eau. En une journée, les diatomées atteindront le sommet d'une écume et pourront être isolées.

Biochimie

Microscopie optique d'une diatomée vivante. Les graduations numérotées sont espacées de 10 micromètres

Source d'énergie

Les diatomées sont principalement photosynthétiques; cependant, quelques-uns sont des hétérotrophes obligatoires et peuvent vivre en l'absence de lumière à condition qu'une source de carbone organique appropriée soit disponible.

Métabolisme de la silice

Les cellules de diatomées sont contenues dans une paroi cellulaire de silice unique connue sous le nom de frustule composée de deux valves appelées thèques , qui se chevauchent généralement. La silice biogénique composant la paroi cellulaire est synthétisée de manière intracellulaire par polymérisation de monomères d' acide silicique . Ce matériau est ensuite extrudé à l'extérieur de la cellule et ajouté au mur. Chez la plupart des espèces, lorsqu'une diatomée se divise pour produire deux cellules filles, chaque cellule conserve l'une des deux moitiés et en fait croître une plus petite moitié. En conséquence, après chaque cycle de division, la taille moyenne des cellules de diatomées dans la population diminue. Une fois que ces cellules atteignent une certaine taille minimale, plutôt que de simplement se diviser, elles inversent ce déclin en formant une auxospore . Cela s'agrandit pour donner naissance à une cellule beaucoup plus grande, qui revient ensuite à des divisions de taille décroissante. La production d'auxospores est presque toujours liée à la méiose et à la reproduction sexuée.

Le mécanisme exact de transfert de la silice absorbée par la diatomée vers la paroi cellulaire est inconnu. Une grande partie du séquençage des gènes des diatomées provient de la recherche du mécanisme d'absorption et de dépôt de silice dans des motifs à l'échelle nanométrique dans le frustule . Le plus grand succès dans ce domaine est venu de deux espèces, Thalassiosira pseudonana , qui est devenue l'espèce modèle, car l'ensemble du génome a été séquencé et des méthodes de contrôle génétique ont été établies, et Cylindrotheca fusiformis , dans laquelle les silaffines de protéines de dépôt de silice ont d'abord été découvert. Des silaffines, des ensembles de peptides polycationiques , ont été trouvées dans les parois cellulaires de C. fusiformis et peuvent générer des structures de silice complexes. Ces structures présentaient des pores de tailles caractéristiques des motifs de diatomées. Lorsque T. pseudonana a subi une analyse du génome, il a été constaté qu'il encodait un cycle de l'urée , comprenant un nombre plus élevé de polyamines que la plupart des génomes, ainsi que trois gènes distincts de transport de la silice. Dans une étude phylogénétique sur les gènes de transport de la silice de 8 groupes divers de diatomées, le transport de la silice s'est généralement groupé avec les espèces. Cette étude a également trouvé des différences structurelles entre les transporteurs de silice des diatomées pennées (symétrie bilatérale) et centriques (symétrie radiale). Les séquences comparées dans cette étude ont été utilisées pour créer un arrière-plan diversifié afin d'identifier les résidus qui différencient la fonction dans le processus de dépôt de silice. De plus, la même étude a révélé qu'un certain nombre de régions étaient conservées au sein des espèces, probablement la structure de base du transport de la silice.

Ces protéines de transport de silice sont uniques aux diatomées, sans aucun homologue trouvé dans d'autres espèces, telles que les éponges ou le riz. La divergence de ces gènes de transport de la silice est également indicative de la structure de la protéine évoluant à partir de deux unités répétées composées de cinq segments liés à la membrane, ce qui indique soit une duplication génique, soit une dimérisation . Le dépôt de silice qui a lieu à partir de la vésicule liée à la membrane dans les diatomées a été supposé être le résultat de l'activité des silaffines et des polyamines à longue chaîne. Cette vésicule de dépôt de silice (SDV) a été caractérisée comme un compartiment acide fusionné avec des vésicules dérivées de Golgi. Il a été démontré que ces deux structures protéiques créent des feuilles de silice à motifs in-vivo avec des pores irréguliers à l'échelle des frustules de diatomées . Une hypothèse sur la façon dont ces protéines fonctionnent pour créer une structure complexe est que les résidus sont conservés dans les SDV, ce qui est malheureusement difficile à identifier ou à observer en raison du nombre limité de séquences diverses disponibles. Bien que le mécanisme exact du dépôt hautement uniforme de silice soit encore inconnu, les gènes de Thalassiosira pseudonana liés aux silaffines sont considérés comme des cibles pour le contrôle génétique du dépôt de silice à l'échelle nanométrique.

Cycle de l'urée

Une caractéristique des diatomées est le cycle de l' urée , qui les relie évolutivement aux animaux. Cela a été découvert dans des recherches menées par Andrew Allen, Chris Bowler et leurs collègues. Leurs découvertes, publiées en 2011, selon lesquelles les diatomées ont un cycle de l'urée fonctionnel étaient très significatives, car avant cela, on pensait que le cycle de l'urée provenait des métazoaires qui sont apparus plusieurs centaines de millions d'années avant les diatomées. Leur étude a montré que bien que les diatomées et les animaux utilisent le cycle de l'urée à des fins différentes, ils sont considérés comme liés de manière évolutive de telle sorte que les animaux et les plantes ne le sont pas.

Pigments

Les principaux pigments des diatomées sont les chlorophylles a et c, le bêta-carotène , la fucoxanthine , la diatoxanthine et la diadinoxanthine.

Produits de stockage

Les produits de conservation sont la chrysolaminarine et les lipides .

Taxonomie

Microscopie optique de plusieurs espèces de diatomées d'eau douce vivantes
Diatomée centrée
Diatomées liées
Thalassiosirales
Stephanodiscus hantzschii
Coscinodiscophycées
Isthmie nerveuse Isthmie nerveuse
Coscinodiscophycées
Odontella aurita

Les diatomées appartiennent à un grand groupe de protistes, dont beaucoup contiennent des plastes riches en chlorophylles a et c. Le groupe a été diversement appelé hétérokontes , chrysophytes , chromistes ou straménopiles . Beaucoup sont des autotrophes comme les algues dorées et le varech ; et les hétérotrophes tels que les moisissures aquatiques , les opalinides et les héliozoaires actinophryidés. La classification de cette zone de protistes est encore incertaine. En termes de rang, ils ont été traités comme une division , un phylum , un royaume ou quelque chose d'intermédiaire à ceux-ci. Par conséquent, les diatomées sont classées n'importe où, d'une classe, généralement appelée Diatomophyceae ou Bacillariophyceae , à une division (=phylum), généralement appelée Bacillariophyta , avec des changements correspondants dans les rangs de leurs sous-groupes.

Genres et espèces

On estime que 20.000 existantes diatomée espèces sont censées exister, dont environ 12 000 ont été nommés à ce jour selon Guiry, 2012 ( d' autres sources donnent un plus large éventail d'estimations). Environ 1 000 à 1 300 genres de diatomées ont été décrits, à la fois existants et fossiles, dont 250 à 300 n'existent que sous forme de fossiles.

Cours et commandes

Pendant de nombreuses années, les diatomées - traitées soit comme une classe (Bacillariophyceae) soit comme un phylum (Bacillariophyta) - ont été divisées en seulement 2 ordres, correspondant aux diatomées centriques et pennées ( Centrales et Pennales ). Cette classification a été largement remaniée par Round, Crawford et Mann en 1990 qui ont traité les diatomées à un rang plus élevé (division, correspondant au phylum dans la classification zoologique), et ont promu les principales unités de classification en classes, maintenant les diatomées centriques comme une seule classe Coscinodiscophyceae , mais en divisant les anciennes diatomées pennées en 2 classes distinctes, les Fragilariophyceae et les Bacillariophyceae (ce dernier nom plus ancien a été conservé mais avec une définition modifiée), regroupant 45 ordres, la majorité d'entre eux nouveaux.

Aujourd'hui (écrit au milieu de 2020), il est reconnu que le système de 1990 de Round et al. a besoin d'une révision avec l'avènement de nouveaux travaux moléculaires, mais le meilleur système pour le remplacer n'est pas clair, et les systèmes actuels largement utilisés tels que AlgaeBase , le Registre mondial des espèces marines et sa base de données contributive DiatomBase , et le système pour " all life" représenté dans Ruggiero et al., 2015, tous retiennent le Round et al. traitement comme base, bien que les diatomées dans leur ensemble soient traitées comme une classe plutôt que comme une division/phylum, et les classes de Round et al. (Pour les références, reportez-vous aux sections individuelles ci-dessous).

Une proposition, faite par Linda Medlin et ses collègues à partir de 2004, est que certains des ordres de diatomées centrés considérés comme plus étroitement liés aux pennates soient séparés en une nouvelle classe, les Mediophyceae, elle-même plus étroitement alignée avec les diatomées pennées que les centriques restants. Cette hypothèse - appelée plus tard l'hypothèse Coscinodiscophyceae-Mediophyceae-Bacillariophyceae, ou Coscinodiscophyceae + (Mediophyceae + Bacillariophyceae) (CMB) - a été acceptée par DG Mann entre autres, qui l'utilise comme base pour la classification des diatomées telle que présentée dans Adl. et al. de synthèses (2005, 2012, 2019), ainsi que dans le chapitre Bacillariophyta du 2017 Handbook of the Protists édité par Archibald et al., avec quelques modifications reflétant l'apparente non-monophylie de Medlin et al. original "Coscinodiscophycées". Pendant ce temps, un groupe dirigé par EC Theriot favorise une hypothèse différente de la phylogénie, qui a été appelée l'hypothèse de la gradation structurelle (SGH) et ne reconnaît pas les Mediophyceae comme un groupe monophylétique, tandis qu'une autre analyse, celle de Parks et al., 2018, constate que les diatomées radiales centrées (Coscinodiscophyceae de Medlin et al.) ne sont pas monophylétiques, mais soutiennent la monophylie de Mediophyceae moins Attheya , qui est un genre anormal. La discussion des mérites relatifs de ces régimes contradictoires se poursuit par les diverses parties concernées.

Adl et al., traitement 2019

En 2019, Adl et al. a présenté la classification suivante des diatomées, tout en notant : « Cette révision reflète de nombreuses avancées dans la phylogénie des diatomées au cours de la dernière décennie. , de nombreux clades apparaissent à un niveau de classification élevé (et la classification de niveau supérieur est plutôt plate)." Cette classification traite les diatomées comme un embranchement (Diatomeae/Bacillariophyta), accepte la classe Mediophyceae de Medlin et ses collègues, introduit de nouveaux sous-embranchements et classes pour un certain nombre de genres autrement isolés, et reclasse un certain nombre de taxons précédemment établis en sous-classes, mais ne répertorie pas les commandes ou les familles. Les rangs inférés ont été ajoutés pour plus de clarté (Adl. et al. n'utilisent pas de rangs, mais ceux prévus dans cette partie de la classification ressortent du choix des terminaisons utilisées, dans le système de nomenclature botanique utilisé).

  • Clade Diatomista Derelle et al. 2016, corrigé. Cavalier-Smith 2017 (diatomées plus un sous-ensemble d'autres groupes ochrophytes)
  • Phylum Diatomeae Dumortier 1821 [= Bacillariophyta Haeckel 1878] (diatomées)
  • Sous-embranchement Leptocylindrophytina DG Mann dans Adl et al. 2019
  • Classe Mediophyceae Jouse & Proshkina-Lavrenko à Medlin & Kaczmarska 2004
  • Sous-classe Chaetocerotophycidae Round & RM Crawford dans Round et al. 1990, corrigé.
  • Sous-classe Lithodesmiophycidae Round & RM Crawford dans Round et al. 1990, corrigé.
  • Sous-classe Thalassiosirophycidae Round & RM Crawford dans Round et al. 1990
  • Sous-classe Cymatosirophycidae Round & RM Crawford dans Round et al. 1990
  • La sous-classe des Odontellophycidae DG Mann dans Adl et al. 2019
  • Sous-classe Chrysanthemodiscophycidae DG Mann dans Adl et al. 2019
  • La sous-classe Biddulphiophycidae Round et RM Crawford dans Round et al. 1990, corrigé.
  • Biddulphiophyceae incertae sedis ( Attheya )
  • Bacillariophyceae incertae sedis (Strietellaceae)
  • Sous-classe Urneidophycidae Medlin 2016
  • Sous-classe Fragilariophycidae Round in Round, Crawford & Mann 1990, amender.
  • Sous-classe Bacillariophycidae DG Mann dans Round, Crawford & Mann 1990, amender.

Voir taxonomie des diatomées pour plus de détails.

Galerie

Évolution et archives fossiles

Origine

Les chloroplastes hétérokontes semblent dériver de ceux des algues rouges , plutôt que directement des procaryotes comme c'est le cas chez les plantes . Cela suggère qu'elles avaient une origine plus récente que beaucoup d'autres algues. Cependant, les preuves fossiles sont rares, et ce n'est qu'avec l'évolution des diatomées elles-mêmes que les hétérokontes font une sérieuse impression sur les archives fossiles.

Les premiers fossiles

Les plus anciennes diatomées fossiles connues datent du Jurassique inférieur (il y a environ 185 Ma ), bien que l' horloge moléculaire et les preuves sédimentaires suggèrent une origine plus ancienne. Il a été suggéré que leur origine pourrait être liée à l' extinction de masse de la fin du Permien (~250 Ma), après laquelle de nombreuses niches marines se sont ouvertes. L'écart entre cet événement et le moment où les diatomées fossiles apparaissent pour la première fois peut indiquer une période où les diatomées n'étaient pas silicifiées et leur évolution était cryptique . Depuis l'avènement de la silicification, les diatomées ont fait une impression significative sur les archives fossiles, avec des gisements de fossiles majeurs trouvés dès le début du Crétacé , et avec certaines roches telles que la terre de diatomées , étant presque entièrement composées d'eux.

Relation avec le cycle du silicium

Bien que les diatomées aient pu exister depuis le Trias , le moment de leur ascension et de leur « reprise » du cycle du silicium s'est produit plus récemment. Avant le Phanérozoïque (avant 544 Ma), on pense que les processus microbiens ou inorganiques régulaient faiblement le cycle du silicium de l'océan. Par la suite, le cycle apparaît dominé (et plus fortement régulé) par les radiolaires et les éponges siliceuses , les premiers comme zooplancton , les seconds comme filtreurs sédentaires principalement sur les plateaux continentaux . Au cours des 100 derniers Ma, on pense que le cycle du silicium est encore plus contrôlé, et que cela découle de l'ascendant écologique des diatomées.

Cependant, le moment précis de la "prise de contrôle" reste incertain et différents auteurs ont des interprétations contradictoires des archives fossiles. Certaines preuves, telles que le déplacement des éponges siliceuses des plateaux, suggèrent que cette prise de contrôle a commencé au Crétacé (146 Ma à 66 Ma), tandis que les preuves des radiolaires suggèrent que la « prise de contrôle » n'a commencé qu'au Cénozoïque (66 Ma à présent).

Relation avec les prairies

On pense que l' expansion des biomes des prairies et le rayonnement évolutif des herbes pendant le Miocène ont augmenté le flux de silicium soluble vers les océans, et il a été avancé que cela a favorisé les diatomées pendant l'ère cénozoïque. Des travaux récents suggèrent que le succès des diatomées est découplé de l'évolution des graminées, bien que la diversité des diatomées et des prairies ait fortement augmenté à partir du Miocène moyen.

Relation avec le climat

La diversité des diatomées au cours du Cénozoïque a été très sensible à la température globale, en particulier au gradient de température équateur-pôle. Il a été démontré dans le passé que les océans plus chauds, en particulier les régions polaires plus chaudes, avaient une diversité de diatomées considérablement plus faible. Les futurs océans chauds avec un réchauffement polaire accru, tels que projetés dans les scénarios de réchauffement climatique, pourraient donc en théorie entraîner une perte significative de la diversité des diatomées, bien qu'à partir des connaissances actuelles, il soit impossible de dire si cela se produirait rapidement ou seulement sur plusieurs dizaines de milliers. d'années.

Méthode d'enquête

Les archives fossiles des diatomées ont été largement établies grâce à la récupération de leurs frustules siliceux dans des sédiments marins et non marins. Bien que les diatomées aient à la fois un enregistrement stratigraphique marin et non marin, la biostratigraphie des diatomées , qui est basée sur des origines et des extinctions évolutives limitées dans le temps de taxons uniques, n'est bien développée et largement applicable dans les systèmes marins. La durée des aires de répartition des espèces de diatomées a été documentée grâce à l'étude de carottes océaniques et de séquences rocheuses exposées sur terre. Où diatomée biozones sont bien établies et calibrées à l' échelle de temps de polarité géomagnétique (par exemple, l' océan Austral , Pacifique Nord , équatorial oriental du Pacifique ), les estimations d'âge en fonction des diatomées peuvent être résolus à l' intérieur de <100.000 ans, bien que la résolution de l' âge typique pour Cénozoïque assemblages de diatomée est de plusieurs centaines de milliers d'années.

Les diatomées conservées dans les sédiments lacustres sont largement utilisées pour les reconstitutions paléoenvironnementales du climat quaternaire , en particulier pour les lacs à bassin fermé qui subissent des fluctuations de la profondeur de l'eau et de la salinité.

Diversification

L' enregistrement crétacé des diatomées est limité, mais des études récentes révèlent une diversification progressive des types de diatomées. L' événement d'extinction Crétacé-Paléogène , qui dans les océans a considérablement affecté les organismes à squelette calcaire, semble avoir eu relativement peu d'impact sur l'évolution des diatomées.

Chiffre d'affaires

Bien qu'aucune extinction massive de diatomées marines n'ait été observée au cours du Cénozoïque , des périodes de renouvellement évolutif relativement rapide des assemblages d'espèces de diatomées marines se sont produites près de la limite Paléocène - Eocène et à la limite Eocène - Oligocène . Un renouvellement supplémentaire des assemblages a eu lieu à divers moments entre le Miocène moyen et le Pliocène supérieur , en réponse au refroidissement progressif des régions polaires et au développement d'assemblages de diatomées plus endémiques.

Une tendance globale vers des frustules de diatomées plus délicates a été notée de l' Oligocène au Quaternaire . Cela coïncide avec une circulation de plus en plus vigoureuse de la surface et des eaux profondes de l'océan provoquée par l'augmentation des gradients thermiques latitudinaux au début de l' expansion majeure de la calotte glaciaire sur l' Antarctique et un refroidissement progressif à travers le Néogène et le Quaternaire vers un monde glaciaire bipolaire. Cela a amené les diatomées à absorber moins de silice pour la formation de leurs frustules. Le mélange accru des océans renouvelle la silice et d'autres nutriments nécessaires à la croissance des diatomées dans les eaux de surface, en particulier dans les régions d' upwelling côtier et océanique .

La génétique

Marquage de séquences exprimées

En 2002, les premières informations sur les propriétés du répertoire de gènes de Phaeodactylum tricornutum ont été décrites à l'aide de 1 000 étiquettes de séquences exprimées (EST). Par la suite, le nombre d'EST a été étendu à 12 000 et la base de données EST de diatomées a été construite pour les analyses fonctionnelles. Ces séquences ont été utilisées pour faire une analyse comparative entre P. tricornutum et les protéomes complets putatifs de l' algue verte Chlamydomonas reinhardtii , de l' algue rouge Cyanidioschyzon merolae et de la diatomée Thalassiosira pseudonana . La base de données EST de diatomées comprend désormais plus de 200 000 EST de cellules de P. tricornutum (16 bibliothèques) et de T. pseudonana (7 bibliothèques) cultivées dans une gamme de conditions différentes, dont beaucoup correspondent à différents stress abiotiques.

Séquençage du génome

En 2004, l'ensemble du génome de la diatomée centrique, Thalassiosira pseudonana (32,4 Mb) a été séquencé, suivi en 2008 du séquençage de la diatomée pennée, Phaeodactylum tricornutum (27,4 Mb). Les comparaisons des deux révèlent que le génome de P. tricornutum comprend moins de gènes (10 402 contre 11 776) que T. pseudonana ; aucune synténie majeure (ordre des gènes) n'a pu être détectée entre les deux génomes. Les gènes de T. pseudonana montrent une moyenne d'environ 1,52 introns par gène contre 0,79 chez P. tricornutum , suggérant un récent gain d'introns répandu dans la diatomée centrique. Malgré une divergence évolutive relativement récente (90 millions d'années), l'étendue de la divergence moléculaire entre les centriques et les pennates indique des taux d'évolution rapides au sein des Bacillariophycées par rapport aux autres groupes eucaryotes. La génomique comparative a également établi qu'une classe spécifique d' éléments transposables , les rétrotransposons de type Diatom Copia (ou CoDis), a été significativement amplifiée dans le génome de P. tricornutum par rapport à T. pseudonana , constituant 5,8 et 1 % des génomes respectifs.

Transfert de gènes endosymbiotiques

La génomique des diatomées a apporté beaucoup d'informations sur l'étendue et la dynamique du processus de transfert de gènes endosymbiotiques (EGT). La comparaison des protéines de T. pseudonana avec des homologues dans d'autres organismes a suggéré que des centaines ont leurs homologues les plus proches dans la lignée Plantae. L'EGT envers les génomes de diatomées peut être illustré par le fait que le génome de T. pseudonana code pour six protéines qui sont les plus étroitement liées aux gènes codés par le génome nucléomorphe de Guillardia theta ( cryptmonade ) . Quatre de ces gènes se trouvent également dans les génomes des plastes des algues rouges, démontrant ainsi l'EGT successif du plaste des algues rouges au noyau de l'algue rouge (nucléomorphe) au noyau hôte hétérokonte. Des analyses phylogénomiques plus récentes des protéomes de diatomées ont fourni la preuve d'un endosymbionte de type prasinophyte dans l'ancêtre commun des chromalvéolates, comme le confirme le fait que 70 % des gènes de diatomées d'origine Plantae sont de provenance de la lignée verte et que de tels gènes se trouvent également dans le génome d'autres straménopiles . Par conséquent, il a été proposé que les chromalvéolates soient le produit d'une endosymbiose secondaire en série avec d'abord une algue verte , suivie d'une seconde avec une algue rouge qui a conservé les empreintes génomiques de la précédente mais a déplacé le plaste vert. Cependant, les analyses phylogénomiques des protéomes des diatomées et de l'histoire évolutive des chromalvéoles tireront probablement parti des données génomiques complémentaires des lignées sous-séquencées telles que les algues rouges.

Transfert horizontal de gènes

En plus de l'EGT, le transfert horizontal de gènes (HGT) peut se produire indépendamment d'un événement endosymbiotique. La publication du génome de P. tricornutum a signalé qu'au moins 587 gènes de P. tricornutum semblent être les plus étroitement liés aux gènes bactériens, représentant plus de 5 % du protéome de P. tricornutum . Environ la moitié d'entre eux se trouvent également dans le génome de T. pseudonana , attestant leur ancienne incorporation dans la lignée des diatomées.

Ingénierie génétique

Pour comprendre les mécanismes biologiques qui sous-tendent la grande importance des diatomées dans les cycles géochimiques, les scientifiques ont utilisé les Phaeodactylum tricornutum et Thalassiosira spp. espèces comme organismes modèles depuis les années 90. Peu d'outils de biologie moléculaire sont actuellement disponibles pour générer des mutants ou des lignées transgéniques : des plasmides contenant des transgènes sont insérés dans les cellules en utilisant la méthode biolistique ou la conjugaison bactérienne transroyaume (avec un rendement de 10 -6 et 10 -4 respectivement), et d'autres méthodes de transfection classiques telles que il a été rapporté que l' électroporation ou l'utilisation de PEG fournissent des résultats avec une efficacité moindre.

Les plasmides transfectés peuvent être soit intégrés de manière aléatoire dans les chromosomes de la diatomée, soit maintenus sous forme d' épisomes circulaires stables (grâce à la séquence centromérique de levure CEN6-ARSH4-HIS3). Le gène de résistance à la phléomycine/ zéocine Sh Ble est couramment utilisé comme marqueur de sélection, et divers transgènes ont été introduits et exprimés avec succès dans des diatomées avec des transmissions stables à travers les générations, ou avec la possibilité de les supprimer.

De plus, ces systèmes permettent désormais l'utilisation de l' outil d'édition du génome CRISPR-Cas , conduisant à une production rapide de mutants knock-out fonctionnels et à une compréhension plus précise des processus cellulaires des diatomées.

Utilisations humaines

Paléontologie

La décomposition et la désintégration des diatomées conduisent à des sédiments organiques et inorganiques (sous forme de silicates ), dont la composante inorganique peut conduire à une méthode d'analyse des environnements marins passés par carottage des fonds océaniques ou des boues de baie , puisque la matière inorganique est incrustée dans dépôt d' argiles et de limons et forme un enregistrement géologique permanent de ces strates marines (voir vase siliceuse ).

Industriel

Terre de diatomées vue sous un éclairage en champ clair sur un microscope optique . Cette image consiste en un mélange de diatomées centriques (radialement symétriques) et pennées (bilatéralement symétriques) en suspension dans l'eau. L'échelle est de 6,236 pixels/ μm , l'image est de 1,13 par 0,69 mm.

Les diatomées, et leurs coquilles (frustules) comme la diatomite ou la terre de diatomées , sont d'importantes ressources industrielles utilisées pour le polissage fin et la filtration des liquides. La structure complexe de leurs coquilles microscopiques a été proposée comme matériau pour la nanotechnologie.

La diatomite est considérée comme un nanomatériau naturel et a de nombreuses utilisations et applications telles que : la production de divers produits céramiques, de céramiques de construction, de céramiques réfractaires, de céramiques oxydées spéciales, pour la production de matériaux de contrôle de l'humidité, utilisés comme matériau de filtration, matériau dans le ciment industrie de production, matériau initial pour la production de supports de médicaments à libération prolongée, matériau d'absorption à l'échelle industrielle, production de céramiques poreuses, industrie du verre, utilisé comme support de catalyseur, comme charge dans les plastiques et les peintures, purification des eaux industrielles, porte-pesticide, ainsi que pour améliorer les caractéristiques physiques et chimiques de certains sols, et d'autres utilisations.

Les diatomées sont également utilisées pour aider à déterminer l'origine des matériaux qui les contiennent, y compris l'eau de mer.

Légal

L'objectif principal de l'analyse des diatomées en médecine légale est de différencier une mort par submersion d'une immersion post-mortem d'un corps dans l'eau. Les tests de laboratoire peuvent révéler la présence de diatomées dans le corps. Étant donné que les squelettes à base de silice des diatomées ne se désintègrent pas facilement, ils peuvent parfois être détectés même dans des corps fortement décomposés. Comme ils ne se produisent pas naturellement dans le corps, si les tests de laboratoire montrent des diatomées dans le cadavre qui sont de la même espèce trouvées dans l'eau où le corps a été récupéré, alors cela peut être une bonne preuve que la noyade est la cause du décès . Le mélange d'espèces de diatomées trouvé dans un cadavre peut être le même ou différent de l'eau environnante, indiquant si la victime s'est noyée dans le même site où le corps a été retrouvé.

Nanotechnologie

Le dépôt de silice par les diatomées peut également s'avérer utile aux nanotechnologies . Les cellules de diatomées fabriquent de manière répétée et fiable des valves de différentes formes et tailles, permettant potentiellement aux diatomées de fabriquer des structures à l'échelle micro ou nanométrique qui peuvent être utilisées dans une gamme de dispositifs, y compris : les systèmes optiques ; nanolithographie de semi-conducteurs ; et même des véhicules pour l'administration de médicaments . Avec une procédure de sélection artificielle appropriée , les diatomées qui produisent des valves de formes et de tailles particulières pourraient être développées pour être cultivées dans des cultures chimiostatiques afin de produire en masse des composants à l'échelle nanométrique. Il a également été proposé que les diatomées puissent être utilisées comme composant des cellules solaires en substituant du dioxyde de titane photosensible au dioxyde de silicium que les diatomées utilisent normalement pour créer leurs parois cellulaires. Des panneaux solaires produisant des biocarburants à diatomées ont également été proposés.

Histoire de la découverte

Les premières illustrations de diatomées se trouvent dans un article de 1703 dans Transactions of the Royal Society montrant des dessins indubitables de Tabellaria . Bien que la publication ait été rédigée par un gentleman anglais anonyme, il existe des preuves récentes qu'il était Charles King of Staffordshire. Ce n'est que 80 ans plus tard que l'on retrouve la première diatomée formellement identifiée, la coloniale Bacillaria paxillifera , découverte et décrite en 1783 par le naturaliste danois Otto Friedrich Müller . Comme beaucoup d'autres après lui, il pensait à tort qu'il s'agissait d'un animal en raison de sa capacité à se déplacer. Même Charles Darwin a vu des restes de diatomées dans la poussière alors qu'il se trouvait dans les îles du Cap-Vert, bien qu'il ne soit pas sûr de ce qu'ils étaient. Ce n'est que plus tard qu'ils lui ont été identifiés comme polygastriques siliceux. Les infusoires que Darwin a notés plus tard dans la peinture faciale des Fueguinos, habitants indigènes de la Terre de Feu à l'extrémité sud de l'Amérique du Sud, ont été identifiés plus tard de la même manière. De son vivant, les polygastriques siliceux ont été clarifiés comme appartenant aux Diatomacées , et Darwin a eu du mal à comprendre les raisons de leur beauté. Il a échangé des opinions avec le célèbre cryptogame GHK Thwaites sur le sujet. Dans la quatrième édition de De l'origine des espèces, il déclarait que « Peu d'objets sont plus beaux que les minuscules caisses siliceuses des diatomées : ont-ils été créés pour pouvoir être examinés et admirés sous les hautes puissances du microscope » ? et a estimé que leurs morphologies exquises devaient avoir des fondements fonctionnels plutôt que d'avoir été créées uniquement pour que les humains puissent les admirer.

Voir également

Les références

Liens externes