Institut Méditerranéen d’Océanologie
Accueil du site > Recherche > Axes Transverses > DEBAT > Tâche 4 [REALISE] : Production du pristane et du phytane dans les sédiments (...)

Tâche 4 [REALISE] : Production du pristane et du phytane dans les sédiments marins : rôle des bactéries

Tâche réalisée et terminée fin 2013.

(Responsable : Bonin P.)

Participants à cette tâche : Équipe 2 : CE et Équipe 3 : MEB

Collaborations  : Volkman J.K. (CSIRO - Australie).

Buts :

Bien que le pristane (2,6,10,14-tétraméthylpentadécane) et le phytane (2,6,10,14-tétraméthylhexadécane) soient des hydrocarbures isoprénoïdes ubiquistes dans l’environnement marin et dans les bruts pétroliers, l’origine et les modes de formation de ces composés restent encore à l’heure actuelle des énigmes. Le rapport pristane/phytane a été souvent utilisé afin d’estimer l’altération du pétrole par les bactéries. Il a été également proposé comme indicateur de conditions de sédimentation oxiques et anoxiques (Didyk et al., 1978). Cette proposition était basée sur l’hypothèse selon laquelle ces deux hydrocarbures seraient issus de la dégradation de la chaîne latérale phytyle de la chlorophylle, cette dégradation résultant en la formation de pristane en milieu oxique et en celle de phytane en milieu anoxique. Bien que la formation de ces deux hydrocarbures lors de la diagénèse de la chlorophylle n’ait toutefois jamais été démontrée (Rontani et Volkman, 2003), ce rapport a largement été utilisé par les géochimistes organiciens comme indicateur de conditions de sédimentation. En effet, la reconstitution des environnements passés est basée sur l’estimation des conditions environnementales de dépôt de la matière organique sédimentaire et notamment des teneurs en oxygène qui prévalaient à cette époque.

La validité de ce rapport comme indicateur de la présence d’oxygène a été cependant souvent critiquée dans la littérature car elle implique que le pristane et le phytane aient la même origine (la chaîne latérale phytyle de la chlorophylle), or il existe dans l’environnement d’autres précurseurs possibles de ces hydrocarbures. C’est le cas notamment des tocophèrols (Goossens et al., 1984), des éthers lipidiques d’archaebactéries (Chappe et al., 1982) et des 2-méthyl-2-(5,8,12-triméthyltridécyl)chromanes (Li et al.,1995).Toutefois, la plupart de ces critiques n’étaient basées que sur des analogies structurales observées entre ces hydrocarbures et leurs précurseurs potentiels et la production anaérobie de pristane à partir de ces précurseurs n’a jamais été démontrée.

Goossens et al., ont basé leur hypothèse sur la production de prist-1-ène observée lors de la pyrolyse de l’α-tocophérol (ou vitamine E) et de kérogènes (substances intermédiaires entre la matière organique et les combustibles fossiles formées lors de la sédimentation à partir d’organismes vivants qui ont vécu au cours des temps géologiques). Sur la base de ces observations et d’une estimation de la stabilité des tocophérols plus grande que celle de la chlorophylle lors de la diagenèse, ils ont proposé la vitamine E comme source potentielle de pristane dans les sédiments anciens et les pétroles bruts. Cependant, à notre avis du fait de la très grande réactivité de la vitamine E vis-à-vis des processus d’autoxydation (Rontani et al., 2007), de photooxydation (Nassiry et al., 2009) et de biodégradation aérobie (Rontani et al., 2008), seule une faible partie de la vitamine E produite en surface dans les organismes phototrophes est susceptible d’atteindre les sédiments et donc de contribuer significativement à la formation de pristane. Par contre, certains produits d’oxydation abiotique de la vitamine E (trimères) qui sont formés en grandes quantités au cours de dégradation des cellules phytoplanctoniques (Nassiry et al., 2009) sont susceptibles de constituer une source potentielle de pristane dans les sédiments anoxiques. Notre hypothèse était basée sur la capacité de ces produits d’oxydation trimériques à produire de grandes quantités de prist-1-ène lors de leur pyrolyse et sur leur relative stabilité dans les sédiments (Nassiry et al., 2009).

Des incubations de vitamine E intacte et autoxydée avec des sédiments et des tapis microbiens en conditions anoxiques nous ont permis récemment de confirmer cette hypothèse et de démontrer sans ambiguïté que le pristane pouvait être produit en quantités significatives lors de la biodégradation anaérobie des produits d’autoxydation de la vitamine E (Rontani et al., 2010).

Production de pristane
Figure : Production de pristane à partir de produits d’oxydation trimériques de la vitamine E.

Dans le cadre de cette tâche, nous nous proposons :

  • de tenter d’élucider les mécanismes conduisant à la transformation des produits d’oxydation de la vitamine E en pristane
  • et de déterminer si les réactions de biohydrogénation des pristènes et phytènes peuvent jouer un rôle dans la formation des alcanes correspondants lors de la diagénèse précoce.

Références :

  • Chappe, B., Albrecht, P., Michaelis, W., 1982. Polar lipids of archaebacteria in sediments and petroleum. Science 217, 65-66.
  • Didyk, B.M., Simoneit, B.R.T., Brassell, S.C., Eglinton, G., 1978. Organic geochemical indicators of paleoenvironmental conditions of sedimentation. Nature 272, 216-222.
  • Goossens, H., de Leeuw, J.W., Schenck, P.A., Brassell, S.C., 1984. Tocopherols as likely precursors of pristane in ancient sediments and crude oils. Nature 312, 440-442.
  • Li, M.W., Larter, S.R., Taylor, P., Jones, D.M., Bowler, B., Bjorøy, M., 1995. Biomarkers or not biomarkers ? A new hypothesis for the origin of pristane involving derivation from methyltrimethyltridecylchromans (MTTCs) formed during diagenesis from chlorophyll and alkylphenols. Organic Geochemistry 23, 159-167.
  • Rontani J-F et Volkman J.K., 2003. Phytol degradation products as biogeochemical tracers in aquatic environments. Organic Geochemistry 34 : 1-35.
  • Nassiry M., Aubert, C., Mouzdahir A., Rontani J-F., 2009. Generation of isoprenoid compounds and notably of prist-1-ene through photo- and autoxidative degradation of vitamin E. Organic Geochemistry 40, 38-50.
  • Rontani, J.-F., Nassiry, M., Mouzdahir, A., 2007. Free radical oxidation (autoxidation) of α-tocopherol (vitamin E) : A potential source of 4,8,12,16-tetramethylheptadecan-4-olide in the environment. Organic Geochemistry 38, 37-47.
  • Rontani J-F., Nassiry M., Guasco S., Mouzdahir A. et Bonin P., 2008. Aerobic metabolism of vitamin E by marine bacteria : interactions with free radical oxidation (autoxidation) processes. Organic Geochemistry 39, 676-688.
  • Rontani J-F., Nassiry M., Guasco S., Michotey V. et Bonin P., 2010. Formation of pristane from α-tocopherol under simulated anoxic sedimentary conditions : a combination of biotic and abiotic degradative processes. Geochimica & Cosmochimica Acta 74 : 252-263.

Avancement :

Réunions de travail :

Plusieurs réunions de travail ont eu lieu Durant l’année 2012, afin de mettre en place diverses incubations de pristènes et phytènes en conditions anaérobies.

Les résultats obtenus (en cours de publication) ont permis de montrer que les réactions de biohydrogénation étaient totalement inefficaces sur ces alcènes. Cette inefficacité a été attribuée à l’absence de groupement polaire dans les molécules d’alcènes. En effet, lors du processus de biohydrogénation, un tel groupement permet de fixer la molécule à l’enzyme de manière à présenter la double liaison à hydrogéner face au site catalytique de ce dernier. La formation de pristane et de phytane lors de la diagénèse ne semble donc pas résulter de l’hydrogénation des alcènes correspondants par les bactéries sédimentaires.

Publications effectuées dans le cadre de cet axe :

  • Rontani J-F., Bonin P., Vaultier F., Guasco S. et Volkman J.K. (2013) Anaerobic bacterial degradation of pristenes and phytenes in marine sediments does not lead to pristane and phytane during early diagenesis. Org. Geochem. (Sous presse). icone pdf

Financement :

  • Tâche financée en 2010-2011 par EC2CO-Microbien dans le cadre du projet PARI (Production anaérobie du pristane dans les sédiments marins) (48 k€).

►Accès direct vers :