Coccolithes

Jess Gorick

Les Coccolithophoridés

Présence de coccolithes dans les falaises calcaires

produites par des micro-algues du phytoplancton : coccolithophoridés

Coccolithophoridés

éclosion massive couvrant plus de 100.000 km2

explosion d’algues

pendant la croissance

algues photosynthétiques

vivant près de la surface

(107 cellules/litre)‘marée blanche’ vue de satellite

30% de la lumière solaire est réfléchie par le banc d’algues marée blanche

Coccolithophoridés

Hétérococcolithes

assemblage radial de cristaux complexes

formation intra-cellulaire

Holococcolithes

ensemble de microcristaux classiquesformation extra-cellulaire

Algues unicellulaires entourées d’un exosquelette de CaCO3

1 µµµµ

Crystallolithus hyalinus

précipitation de monocristaux de calcite à la surface des cellules

Holococcolithes

Hétérococcolithes

Hétérococcolithes

Emiliana huxleyi

découvert par Thomas Henry Huxley (1858)

Les Coccolithophoridés

algues unicellulairesproduisant un exosquelette ‘coccosphère’

formé de plaquettes de calcite ‘coccolithes’

coccosphère coccolithe

2. Coccolithe 3. Coccosphère

Structure hiérarchisée

1. Entité élémentaire (marteau)

Le motif élémentaire est un monocristal (diffraction électronique)

Paradoxe entre formes arrondies et plans de clivage d’un cristal

[104]

[001] [100]-

[120]-

Élément supérieur(forme de marteau)

Base plate

Élément central(vertical) [001]

Rhomboèdre de calcitec

membrane

coccolithe

appareil de Golgivésicule où se formele coccolithe

chloroplaste

noyau

mitochondrie

réticulum endoplasmique

Les coccolithes sont formés dans la cellule à l’intérieur de vésiculespuis transférés vers la membrane via l’appareil de Golgi

et déposés sur la surface extérieure par exocytose pour former la coccosphère

Tectonique moleculaire

1. Organisation supramoléculaire

formation des vésicules où se fera la précipitation de la calcite

2. Reconnaissance moléculaire interfaciale

nucléation contrôlée de la calcite sur des groupements organiques

(polysaccharides)

relation géométrique entre les sites de nucléation et la calcite

3. Croissance vectorielle

Croissance orientée des cristaux de calcite

4. Organisation hiérarchisée

Formation de la coccosphère à la surface de la membrane

HCO3-

CO32- + H+ CO2 + OH-

CaCO3 [CH2O]n

ATPase

vésiculephotosynthèseprécipitation de calcite

60

Précipitation de CaCO3 dans les vésicules

diffusion des ions Ca2+

à travers la membrane

Dissolution de CO2

CO2

2HCO3-

CO2 + OH-

SO42-

Ca2+

2HCO3- HCO3

-

SO42- polysaccharides

sucres CaCO3

H+ + CO32-

photosynthèse H2O

vésiculecellule

Formation de calcite à l’intérieur de vésicule

transport actif de Ca2+

fixation photosynthétique

COO-SO42-

300 nm

1um

1. Formation d’une base organique (polysaccharides) de forme ovale

site du nucléation pour la calcite

2. Nucléation d’un cristal de calcite sur le bord

Croissance hiérarchique

Les polysaccharides contrôlent la nucléation-croissance

3. Formation d’un anneau de cristaux

rhomboèdres ≈ 40 nm

5. Transformation de l’anneau en coccolithe

pour former le «marteau»

c

axe c perpendiculaire à la base

Groupements -COO- et SO42-

4. Croissance cristalline dans 3 directions

La croissance de la calcite est contrôlée par les polysaccharides présents dans les coccolithes (≈ 3 % masse)

Construction du coccolithe

Coccolithes - Emiliana huxleyi

vue de dessus

disposition radiale de 30 à 40 cristaux de calcite

«marteaux»

vue de desssous

«plaques»

0,5 µµµµ

6. Exocytose et collage des coccolithes pour former la coccosphère

membrane

réticulum endoplasmiquecoccolithe

appareil de Golgivésicule où se forme

le coccolithe

chloroplaste

noyau

Structure chirale

Structure chirale ≠ symétrie radiale

[001]

[104]

[108]-

[001]

(104)

nucléation de la face {001}

c

(108)-

Croissance orientée (vectorielle)

base du marteau

[001]

(104)-(108)

[104][108]-

c

[108]-

c

Formes chirales

20°c

[104][108]-

c

c

long

court

l’axe c fait un angle de 20° par rapport à l’axe radial structure chirale

Les piquants sont formés de 5 ensembles hélicoïdaux de cristaux de calcite

Rhabdospheara clivegera

Discosphaera tubifera

Micro-trompettes de CaCO3

S.B. Mukkamala, A.. Powell, Chem. Comm. (2004) 91

CaCl2 + NaHCO3 CaCO3 + NaCl + HClH4hpdta

pH ≈ 8

1-3-diamino-2-hydroxypropane-N,N,N ’,N ’-tetraacetic acid

H4hpdt

Les micro-trompettes sont constituées nanocristaux de calcite

Tectonique cristalline

formation de nano-boules de CaCO3

SEM10 µµµµ

6h

SEM10 µµµµ

12h

Formation de micro-trompettes après 24 h

10 µµµµ400 µµµµ

Complexation de Ca2+ par les groupes carboxylates COO-

Ca2+

O

O

C

Les foraminifères

Les foraminifères

Protistespossédant un test calcaire

Rapports isotopiques 18O/16O et 13C/12C

liés à la température

Marqueurs géologiques

variations climatiques

périodes géologiques

Au cours de la croissance, le protiste change de chambre

ce qui conduit à une structure en spirale

eaux froides98%

forme gauche

eaux chaudes98%

forme droite

gauche droit

Formes chirales

-OOC-H2C

-OOC NH3+

H CH2-COO-

C

COO-+3HN

H

C

C.A. Orme et al. Nature 411 (2001) 775

Formation de morphologies chirales en présence d’acides aminés

Croissance (ou dissolution) de cristal de calcite en présence d’acide aspartique

Mélange énantiomère = aucun effet

AFM

ac. aspartique L ac. aspartique D

Morphologies chirales