Les cristaux produits biologiquement aident certaines bactéries à détecter le champ magnétique terrestre pour simplifier la navigation.

Introduction

À la fin de l'hiver, quelque part dans l'Arctique, vous regardez autour de vous pour voir le ciel nocturne danser avec des bandes de lumière vertes qui se reflètent sur la neige en contrebas, peignant le paysage blanc d'un jade profond.

Les aurores, ou aurores boréales ou australes, se produisent lorsque des particules à haute énergie provenant d'éruptions solaires s'écrasent sur des molécules de gaz dans notre atmosphère. Et la lumière produite par ces collisions se déplace le long de lignes de champ magnétique invisibles qui enveloppent la Terre dans un réseau spaghetti appelé la magnétosphère.

Aurora borealis
Image: Tarte Jonatin / Utilisation gratuite et non commerciale

Lorsque des particules à haute énergie entrent en collision avec des molécules dans notre atmosphère, les aurores boréales et australes enflamment le ciel le long des lignes de champ magnétique fluctuantes de la Terre.

Model of Earth’s magnetic field
Image: Inconnu / Domaine public - Aucune restriction

Dans ce modèle informatique de la Terre (orienté de manière à ce que son axe soit vertical), les lignes de champ magnétique bleues pointent vers l'intérieur et les lignes orange vers l'extérieur. L'enchevêtrement dense de lignes existe dans le noyau de la Terre.

La magnétosphère existe parce que notre planète est un aimant géant. Les scientifiques pensent que les courants électriques générés par la lave métallique en fusion dans la croûte terrestre créent le champ. Nous avons de la chance qu'il existe car il bloque les niveaux élevés de rayonnement qui autrement pénétreraient notre atmosphère et feraient des ravages sur toute vie. Il nous permet aussi de nous orienter sur le paysage à l'aide de boussoles.

Certaines des premières formes de vie sur Terre ont également utilisé ce phénomène et ont évolué pour avoir de minuscules aiguilles de boussole à l'échelle nanométrique intégrées à l'intérieur. Certaines de ces bactéries magnétotactiques suivent encore aujourd'hui les lignes de champ magnétique invisibles de la Terre.

La stratégie

Le mouvement dirigé par un aimant de ces bactéries aquatiques est appelé « magnétactisme ». Il n'attire pas les bactéries le long des lignes de champ géomagnétique comme un aimant attire le métal, mais aligne seulement leurs corps unicellulaires avec ces lignes. Les bactéries doivent encore remuer leurs flagelles pour avancer ou reculer.

Bactéries magnétotactiques au microscope

vignette vidéo

Dans cette vidéo, un chercheur utilise un aimant à main pour induire des changements soudains de direction de nage par des bactéries magnétotactiques.

Les bactéries nagent à travers les sols saturés et la boue au fond des plans d'eau douce pour trouver des zones qui contiennent moins d'oxygène dissous, dans lesquelles elles se développent. Les scientifiques pensent que leur mode de déplacement dirigé par un aimant simplifie le repérage de ces régions car il réduit les dimensions numériques dans lesquelles les bactéries peuvent chercher.

Les bactéries magnétotactiques ont des magnétosomes, qui sont des organites avec des membranes grasses entourant des cristaux magnétiques nanométriques. Les cristaux varient en longueur de 35 à 120 nanomètres, et chaque type de bactérie produit généralement de la magnétite (Fe3O4) ou de la greigite (Fe3S4). Les scientifiques ont découvert un seul type de bactérie qui fabrique les deux types de cristaux. Les formes des cristaux varient selon les organismes mais sont généralement des cubes, des prismes rectangulaires ou des formes pointues.

Magnetic nanoparticles inside a bacterium
Image: Éducation à la nature / Copyright © - Tous droits réservés

Une chaîne de douze nanoparticules de magnétite (Fe3O4) agit comme une petite aiguille de boussole. (© 2010 Éducation à la Nature Tous droits réservés)

La plupart des bactéries magnétotaxiques ont 10 à 20 magnétosomes qui se connectent en chaînes. Le magnétisme total des chaînes est la somme de la contribution des cristaux individuels. L'effet additif forme un type d'aiguille de boussole avec une plus grande sensibilité aux lignes de champ géomagnétique. Les monocristaux peuvent ne pas avoir une force magnétique suffisante pour fonctionner. Sans une force magnétique suffisante pour surmonter les forces thermiques et autres forces mécaniques dans l'eau, les bactéries s'aligneraient simplement dans leur environnement comme la plupart des autres bactéries, de manière aléatoire.

Le potentiel

Les nanoparticules de magnétite, comme celles trouvées dans les bactéries magnétotactiques, pourraient devenir des composants critiques de nombreuses innovations nanotechnologiques. Les nanopompes pourraient délivrer des médicaments à des cellules spécifiques du corps pour améliorer leurs pouvoirs de guérison. Les nanomachines pourraient rechercher et détruire des cellules tumorales individuelles pour traiter les personnes atteintes de cancer. Les nanogénérateurs pourraient créer de l'électricité à partir de l'énergie cinétique extraite des molécules d'eau dans les vagues océaniques ou des molécules d'air dans les rafales de vent.

Dernière mise à jour le 3 décembre 2021