Introduction

La couleur verte du ver de Roscoff est la manifestation visible de son association avec des algues, végétaux chlorophylliens. L’observation en micro­scopie électronique d’une cellule de l’animal révèle la présence en son sein d’une algue unicellulaire, ce qui est une caractéristique de l’endosymbiose. Un autre exemple est celui de la limace de mer Elysia chlorotica, mais cette fois c’est uniquement le chloroplaste de l’algue qui est durablement intégré dans des cellules de l’animal.

Dans les deux cas, ces animaux accomplissent leur cycle de développement sans se nourrir donc sans consommer de matières organiques. Pourtant­, ils ont besoin de matières organiques pour satisfaire leurs besoins énergétiques. Nous allons exposer la façon dont le symbiote chlorophyllien fournit des matières organiques à l’animal et comment le catabolisme de celles-ci permet à l’animal de produire de l’énergie.

I. Nature de l’énergie produite par l’animal

Les cellules d’un animal produisent de l’énergie en catabolisant des matières organiques. Plus exactement, elles convertissent l’énergie chimique des matières organiques en énergie chimique de molécules d’ATP, seule forme d’énergie utilisable pour toutes les activités cellulaires. Celles-ci consomment constamment de l’ATP de sorte que cette molécule énergétique doit être renouvelée. Ce renouvellement nécessite des matières organiques.

Des expériences où on a placé des animaux, tels que le ver de Roscoff, dans de l’eau de mer contenant des ions CO₃H^–, dont le carbone est radio­actif (C¹⁴), ont montré la production de molécules radioactives, non seulement dans le symbiote algal mais aussi dans la cellule hôte animale. Cela illustre le transfert de matières organiques de l’algue vers la cellule animale.

II. Utilisation de l’énergie lumineuse par le symbiote algal

La cellule algale, symbiote chlorophyllien, synthétise des matières organiques à partir de molécules minérales, eau (H₂O) et dioxyde de carbone (CO₂), par le processus de la photosynthèse. Celle-ci se réalise dans le chloroplaste de l’algue, qui est visible sur la photographie prise en microscopie électronique. La figure ci-dessous illustre la structure standard d’un chloroplaste.

La photosynthèse est un phénomène complexe dont le bilan, en considérant la synthèse d’une molécule de glucose, peut s’écrire :

$\begin{array}{l}{\text{6CO}}_{\text{2}}+{\text{12H}}_{\text{2}}\text{O}\stackrel{\text{Énergie lumineuse}}{\to }\underset{(\text{glucose)}}{{\displaystyle {\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6}}+{\text{6O}}_{\text{2}}+6{\text{H}}_2\text{O}\\ \text{Réactifs}\text{Produits}\end{array}$

Cette équation-bilan traduit une réaction d’oxydo-réduction : réduction du CO₂, et oxydation de H₂O. Cette réaction nécessite de l’énergie, qui est fournie par l’énergie lumineuse captée par les pigments chlorophylliens situés dans la membrane des thylakoïdes du chloroplaste.

L’équation-bilan traduit aussi le fait que les atomes du dioxygène proviennent des molécules d’eau. La photosynthèse commence d’ailleurs par la photolyse de l’eau permise par l’énergie lumineuse absorbée par les pigments chlorophylliens. C’est la première étape de la phase photo–chimique de la photo­synthèse, qui se prolonge par la synthèse de glucose dans le stroma du chloroplaste.

Ainsi, l’endosymbiote algal réalise la conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique des molécules organiques synthétisées. Ces molécules sont utilisées par l’algue, mais une partie importante est transférée au partenaire hôte qu’est la cellule animale.

III. Production d’énergie par les cellules de l’animal

Les cellules animales hôtes de l’endosymbiose produisent de l’énergie chimique sous forme d’ATP par des mécanismes de conversion de l’énergie chimique de molécules organiques, comme le glucose. L’ATP est une molécule organique constituée par une base azotée, l’adénine, liée à un sucre, le ribose, sur lequel sont fixés trois phosphates. Sa synthèse, qui nécessite de l’énergie, s’effectue par le branchement d’un phosphate sur l’ADP. La conversion de l’énergie du glucose en énergie chimique de l’ATP s’effectue essentiellement dans les mitochondries, dont trois sont visibles sur la photographie en microscopie électronique. La figure 2 (ci-après) schématise la structure d’une mitochondrie.

Le processus de conversion énergétique commence toutefois dans le hyalo­plasme, par un processus appelé glycolyse, qui aboutit à la production de deux molécules de pyruvate à partir d’une molécule de glucose.

Les molécules de pyruvate passent dans les mitochondries, siège de la respiration cellulaire. Dans un premier temps, dans la matrice de la mitochondrie, a lieu le cycle de Krebs au cours duquel les pyruvates subissent des réactions de décarboxylation, productrices de CO₂, et d’oxydo-réduction.

Ces réactions produisent des composés réduits (NADH₂). Ceux-ci sont réoxydés au niveau des chaînes respiratoires situées dans les crêtes mitochondriales, où le dioxygène est réduit en H₂O. Le fonctionnement de ces chaînes respiratoires est couplé avec la synthèse d’un grand nombre de molécules d’ATP à partir d’ADP et de phosphate.

Conclusion

L’endosymbiose entre l’animal et l’algue fait que l’animal peut se comporter comme un végétal chlorophyllien. Il est autotrophe, profitant des matières organiques synthétisées par photosynthèse par le symbiote algal. C’est pourquoi on dit parfois que c’est un animal photosynthétique.

Les cellules de l’animal, par les mécanismes de la respiration cellulaire ayant lieu dans leurs mitochondries, convertissent l’énergie des molécules organiques en énergie chimique de l’ATP, seule forme d’énergie utilisable pour leurs activités. Puisque les molécules organiques qui permettent aux cellules animales de produire de l’énergie sous forme d’ATP ne proviennent pas de l’environnement, mais du partenaire symbiote, on peut dire que la production d’énergie par l’animal est autonome.

Cette affirmation mérite d’être nuancée car l’association animal-algue a besoin d’une source d’énergie externe qui est l’énergie lumineuse. Le compor­te­ment du ver de Roscoff traduit d’ailleurs cela. Le ver remonte à marée basse à la surface du sédiment dans une mince pellicule d’eau, exposant son corps à la lumière.