Cadre Conceptuel et Thématique

par LUGLIA Mathieu

Les enzymes : bioindicateurs de l’évolution de la matière organique, des relations fonctionnelles et des interactions biotiques, et de la vulnérabilité des fonctions microbiennes des écosystèmes

Mots-clés : écologie des communautés, écologie microbienne, écologie fonctionnelle, écologie chimique, interactions biotiques, relations sol-plante, enzymologie, matière organique, cycles biogéochimiques, sciences du sol, pollutions, changements globaux, écotoxicologie, bioindicateur

Les enzymes sont des protéines dont le rôle universel est de catalyser les transformations d’une multitude de composés chimiques. Elles jouent un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes en y assurant la régulation de la bio-disponibilité de nombreux nutriments. De fait, elles interviennent à tous les niveaux trophiques des différents écosystèmes de la biosphère en permettant aux organismes d’assurer les fonctions essentielles de fixation, de transformation et de minéralisation des différents bioéléments constitutifs de la matière vivante. Les multiples systèmes enzymatiques sont ainsi collectivement impliqués dans des interactions syntrophiques liant la qualité des ressources énergétiques aux métabolismes des communautés microbiennes. Les mécanismes de décomposition peuvent être appréhendés comme constituant un « processus successionnel » où la disponibilité d’un substrat sélectionne une guilde microbienne. Cette dernière produit des enzymes extracellulaires spécifiques dégradant et modifiant le substrat qui, en retour, oriente la sélection des autres acteurs constitutifs de la communauté microbienne.

Dans les écosystèmes terrestres, le sol/sédiment occupe une place particulière car il constitue une interface complexe en interaction avec la lithosphère, l’hydrosphère, l’atmosphère et la biosphère. Les sols/sédiments sont ainsi des systèmes multiphasiques dans lesquels les enzymes assurent des fonctions primordiales dans les principaux cycles biogéochimiques tels que ceux du carbone, de l’azote, du phosphore ou encore du soufre. Parmi les fonctions assurées par ces enzymes, celles permettant de transformer et de recycler les éléments constitutifs de la matière organique méritent une attention particulière. En effet, à l’échelle mondiale, les matières organiques assurent de nombreuses fonctions (agronomiques, environnementales) vitales à l’ensemble de la vie terrestre, car agissant notamment sur la structuration, la biodiversité et la fertilité des sols/sédiments et des écosystèmes. Ces matières organiques sont issues principalement de la transformation des résidus végétaux par les organismes du sol, parmi lesquels les microorganismes et leur équipement enzymatique jouent un rôle prépondérant. Comprendre de manière fondamentale les mécanismes microbiens et biochimiques impliqués dans ces processus de transformation, mais aussi leur vulnérabilité face au changement climatique et aux pressions anthropiques sans cesse croissantes, apparaît plus que jamais comme une nécessité permettant d’envisager à long terme la pérennité de la qualité des sols, des écosystèmes et le développement durable des sociétés humaines.