Les sécrétions microbiennes apparaissent comme des contributrices majeures au carbone des sols

Des travaux rapportés par nature.com ont identifié une deuxième voie microbienne majeure par laquelle le carbone entre dans le sol et y reste. Les microbes n’y contribuent pas uniquement par les restes de cellules mortes : les substances qu’ils libèrent de leur vivant peuvent fournir des quantités comparables de carbone et être incorporées au carbone organique associé aux minéraux à des taux similaires, voire supérieurs.

Cette découverte découle d’une étude de sols cultivés dans toute la Chine, au cours de laquelle les chercheurs ont mis au point une technique de traçage isotopique pour mesurer la production de substances polymériques extracellulaires. Ces matériaux sont libérés à l’extérieur des cellules microbiennes et forment des mélanges pouvant inclure des sucres, des protéines et d’autres polymères biologiques. Leur consistance est souvent décrite comme visqueuse, mais leur importance dans le stockage à long terme du carbone des sols avait été moins clairement mesurée que celle des résidus de cellules mortes.

Une pièce manquante du cycle microbien du carbone

Le carbone organique des sols provient en partie des végétaux, mais les microbes contribuent à déterminer ce qu’il advient de cette matière après son entrée dans le sol. Ils transforment le carbone d’origine végétale et en convertissent une partie en carbone microbien. Ce carbone peut rester dans le sol et devenir une composante du stock plus large de matière organique.

Les scientifiques ont établi que les résidus cellulaires — les restes laissés par la mort des cellules microbiennes — contribuent de manière importante à ce stockage. Les nouveaux travaux s’intéressent à une question moins étudiée : quelle quantité de carbone est fournie par les produits microbiens libérés à l’extérieur de la cellule avant sa mort ?

Les substances polymériques extracellulaires apportent une réponse. Les microbes les produisent et les libèrent dans leur environnement, où elles peuvent interagir avec les particules et les minéraux du sol. Les résultats de l’étude indiquent que ce processus ne constitue pas un simple complément mineur au stockage du carbone par les cellules mortes. Dans l’ensemble des sols étudiés, la production de ces substances extracellulaires était comparable à celle des résidus cellulaires microbiens.

Les chercheurs ont également constaté une relation statistique entre l’abondance ou la production de ces substances et la quantité de carbone organique associé aux minéraux dans différents sols. Cette association ne permet pas à elle seule d’établir chacune des étapes du processus, mais elle met en évidence un lien entre les sécrétions microbiennes et l’un des stocks de carbone du sol considérés comme importants pour la persistance.

Suivre le carbone jusque dans les stocks liés aux minéraux

Pour quantifier la voie extracellulaire, les chercheurs ont mis au point une méthode fondée sur de l’eau contenant de l’oxygène-18, une forme d’oxygène pouvant être suivie au cours des processus biologiques. Ils ont utilisé cette approche dans le cadre d’une étude à l’échelle nationale portant sur des sols agricoles en Chine, ce qui a permis d’évaluer la production de substances polymériques extracellulaires sur de nombreux sites plutôt que dans un seul échantillon contrôlé.

L’étude a également utilisé des expériences en microcosmes de laboratoire dans lesquelles le carbone était marqué au carbone-13. Il a ainsi été possible de suivre le carbone provenant des substances polymériques extracellulaires et de déterminer s’il entrait dans le stock de carbone organique associé aux minéraux.

Ces expériences ont montré que le carbone issu des substances microbiennes était transféré vers le stock associé aux minéraux à des taux comparables à ceux mesurés pour les résidus cellulaires microbiens, et parfois supérieurs. Ce résultat renforce l’idée que les sécrétions microbiennes ne sont pas simplement des matériaux temporaires dans l’environnement du sol. Elles peuvent devenir partie intégrante d’une fraction du carbone associée aux minéraux, où la matière organique est retenue sous une forme importante pour l’accumulation du carbone dans les sols.

Pourquoi cette découverte est importante

Le carbone organique associé aux minéraux constitue l’une des principales destinations du carbone dans les sols. Comprendre comment le carbone atteint ce stock est important, car la voie qu’il emprunte détermine la manière dont les chercheurs interprètent les changements du carbone des sols et évaluent l’influence des communautés microbiennes.

Ces travaux élargissent la compréhension du traitement microbien du carbone. Se concentrer uniquement sur les cellules mortes ferait oublier le carbone libéré par les microbes vivants, alors même que l’étude indique que cet apport extracellulaire peut être tout aussi important. Les résultats fournissent donc un mécanisme permettant d’expliquer comment les communautés microbiennes influencent le déplacement et la rétention du carbone dans les sols.

Les résultats pourraient également contribuer à affiner les recherches sur la réaction du carbone des sols aux changements planétaires. Les conditions qui modifient l’activité microbienne pourraient influer non seulement sur la formation de résidus cellulaires, mais aussi sur la libération et le devenir des substances polymériques extracellulaires. L’étude ne présente pas la voie extracellulaire comme un remplacement des résidus cellulaires. Elle identifie plutôt ces deux voies comme des mécanismes substantiels par lesquels l’activité microbienne peut alimenter le carbone des sols associé aux minéraux.