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Équilibre en oxygène de la culture de plantes pour l'alimentation

Équilibre en oxygène de la culture de plantes pour l'alimentation



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J'avais pensé que la photosynthèse et la respiration étaient à peu près neutres en oxygène et en carbone par calorie.

http://news.mit.edu/2014/technical-feasibility-mars-one-1014

Si, comme le prévoit le projet, des cultures sont cultivées dans l'habitat des colons, Do a découvert qu'elles produiraient des niveaux d'oxygène dangereux qui dépasseraient les seuils de sécurité incendie, nécessitant une introduction continue d'azote pour réduire le niveau d'oxygène.

Dit qu'un système fermé de plantes cultivées pour fournir des calories à l'homme se retrouvera avec plus d'oxygène.

D'où vient le déséquilibre ? Où va le carbone supplémentaire ?


Si l'oxygène et la respiration étaient neutres en carbone et en oxygène, il n'y aurait pas du tout d'oxygène libre. Les plantes respirent tout l'oxygène qu'elles produisent.

Le carbone supplémentaire va dans les plantes elles-mêmes. Ce n'est pas seulement ce qu'ils utilisent pour l'énergie, c'est aussi de quoi ils sont faits.

Voir aussi cette question :

Les plantes sont-elles vraiment neutres en oxygène ?

Les plantes sont neutres en oxygène lorsque l'on prend en compte la décomposition de la plante, c'est-à-dire la vision à long terme où le carbone constituant la plante redevient du CO2.


« Le martien » : que faudrait-il pour faire pousser de la nourriture sur Mars ?

La NASA a prévu d'envoyer des gens sur Mars dans les années 2030, mais ne vous attendez pas à ce que ces visiteurs de la planète rouge aménagent la sphère rocheuse avec des produits frais comme le fait l'astronaute et botaniste Mark Watney dans "The Martian".

(Alerte spoiler) Dans le film, lorsque Watney (joué par Matt Damon) se retrouve bloqué sur Mars, il plante des pommes de terre dans une serre en utilisant de la terre martienne et ses propres "déchets métaboliques". Et ça marche : il est capable de rester en vie plus d'un an en vivant en grande partie de pommes de terre.

Bien que "The Martian", qui est sorti en salles vendredi dernier (2 octobre), soit assez réaliste, la culture de nourriture sur Mars ne se déroulerait pas exactement comme décrit sur grand écran. Et il faudrait des centaines d'années avant que la planète rouge puisse être cultivée sans serres protectrices, selon Paul Sokoloff, botaniste au Musée canadien de la nature. [7 endroits les plus semblables à Mars sur Terre]

Les défis de l'agriculture martienne

Le sol martien est dépourvu des nutriments présents dans le sol terrestre, et il est également très bien, ce qui signifie que l'eau s'y infiltrerait probablement beaucoup plus rapidement que sur Terre. L'utilisation d'excréments humains ou d'autres engrais pourrait fournir un apport rapide en nutriments, tels que l'azote, et pourrait également modifier la texture du sol afin qu'il s'accroche à l'eau plus longtemps, a déclaré Sokoloff, qui était membre d'équipage l'année dernière à la Mars Desert Research Station. à Hanksville, Utah. Le sol terrestre tire son azote de l'atmosphère, bien que l'azote atmosphérique soit sous une forme difficile à utiliser pour les plantes. Pour transformer l'azote en une meilleure « nourriture » pour les plantes, les bactéries le « réparent ».

"Sur Terre, une grande partie de l'azote dans notre sol est fixé par des bactéries qui résident dans les racines de diverses plantes, comme les légumineuses", a déclaré Sokoloff à Live Science. "À long terme, vous voudriez un moyen de fixer l'azote dans le sol là-bas."

Le sol martien est également imprégné de produits chimiques nocifs appelés perchlorates, qui devraient être éliminés chimiquement pour que les plantes puissent y pousser, a déclaré Sokoloff.

Et puis il y a la gravité. Mars a environ un tiers de la gravité de la Terre. Bien que des expériences aient montré que certaines plantes peuvent pousser relativement normalement en microgravité sur la Station spatiale internationale (ISS), il n'y a vraiment aucun moyen d'imiter la "gravité-lite" de la planète rouge.

"Les plantes utilisent la gravité comme moyen de s'orienter, de sorte que certaines espèces végétales peuvent ou non être confondues", a déclaré Sokoloff.

Par exemple, les semis de saule emportés vers l'ISS se sont tordus parce que, en microgravité, ils n'ont jamais développé leur "axe de pousse-racine" d'orientation, a déclaré Sokoloff.

Une étude de 2014 dans la revue PLOS ONE a montré que les tomates, le blé, le cresson et les feuilles de moutarde poussaient particulièrement bien, et même fleurissaient et produisaient des graines, dans un sol martien simulé pendant 50 jours, sans aucun engrais. En fait, ces plantes rustiques poussaient encore mieux dans le sol martien ou "régolithe" que dans le sol fluvial pauvre en nutriments de la Terre. [7 théories sur l'origine de la vie]

Pour déterminer quels ingrédients alimentaires apporter réellement sur Mars, les scientifiques doivent équilibrer les compromis entre la densité nutritionnelle d'une culture, les ressources nécessaires pour les cultiver et le temps de germination. Les scientifiques cultivent peut-être de la laitue sur l'ISS à titre de démonstration, mais "l'homme ne peut pas vivre uniquement de laitue", a déclaré Sokoloff.

Au lieu de cela, les gens ont suggéré des cultures telles que les radis et les fraises comme de meilleures collations martiennes, a-t-il déclaré. (Les calculateurs de chiffres ont déterminé qu'il faudrait en fait moins de carburant pour simplement envoyer des aliments préfabriqués, plutôt que des ingrédients pour l'agriculture, pour les premières visites à court terme, a déclaré Sokoloff.)

Simulation des conditions martiennes

Avant que le projet d'agriculture martienne ne démarre, les humains auraient besoin d'en savoir beaucoup plus sur la façon dont les plantes pousseront. Cela fait partie du raisonnement derrière les simulations de l'environnement martien, comme la Mars Desert Research Station.

Les scientifiques y ont tout cultivé, des plantes indigènes du désert à l'orge et au houblon dans le sol martien simulé de la station. Le sol, appelé Johnson Space Center Simulant I, est produit à partir de roches terriennes et de sol basé sur des échantillons de sol martien provenant d'atterrisseurs vikings des années 1970.

Et des chercheurs de l'Université de Guelph au Canada font pousser des plantes dans des chambres à basse pression ou hypobares pour imiter la mince atmosphère de Mars. L'équipe expose les plantes à une multitude de conditions difficiles, notamment des niveaux variables de dioxyde de carbone, de pression, de chaleur, de lumière, de nutrition et d'humidité, pour voir quelles plantes sont suffisamment robustes pour survivre aux conditions martiennes à l'extérieur d'une serre autonome à air contrôlé, L'étoile a rapporté.

Verdir la planète rouge ?

Cultiver des plantes dans les éléments martiens, et non dans une serre à température et air contrôlées, serait beaucoup plus difficile, a déclaré Sokoloff.

"Certaines personnes ont dit que nous devrions faire en sorte que Mars ressemble davantage à la Terre", a déclaré Sokoloff. "Ce n'est pas quelque chose à prendre à la légère. C'est dans le domaine de la science-fiction, c'est sûr."

Et même si les gens décidaient qu'il est éthiquement acceptable de « terraformer » Mars, il faudrait des centaines d'années avant que la mince atmosphère martienne ne se transforme en un berceau riche en oxygène pour la vie.

Pour construire cette atmosphère, les explorateurs auraient besoin d'ensemencer un sol martien plein de cyanobactéries, de lichens et de microbes producteurs d'oxygène, et il leur faudrait des centaines d'années pour produire suffisamment d'oxygène et d'azote pour une atmosphère. Ce n'est toujours pas trop mal, étant donné qu'il a fallu des centaines de millions d'années pour que les niveaux d'oxygène de la Terre se stabilisent. (Les gens pourraient éventuellement manger les cyanobactéries entre-temps, bien que les minuscules organismes ne soient pas connus pour leur goût, a déclaré Sokoloff.)

Alors que les microbes étaient occupés à créer une atmosphère, le vent solaire soufflerait constamment cette atmosphère, car Mars manque de magnétosphère (un champ magnétique pour protéger la planète du rayonnement solaire), a-t-il déclaré.

Même si les gens pouvaient comprendre comment générer de l'atmosphère plus rapidement qu'elle ne se dissipait, les hivers martiens peuvent être glaçants de moins 207 degrés Fahrenheit (moins 133 degrés Celsius). Il est possible que les gens puissent adapter une atmosphère avec des gaz à effet de serre qui piègent la chaleur, mais Mars est tout simplement plus éloignée du soleil que la Terre, donc elle serait probablement encore plus froide que notre planète en moyenne, a déclaré Sokoloff.


Nutrition des plantes

Le processus de fabrication de nourriture par les plantes vertes en présence de lumière du soleil et de chlorophylle est connu sous le nom de photosynthèse. La photosynthèse est la combinaison de deux mots - Photo + Synthèse. « Photo » signifie lumière et « Synthèse » signifie faire.

Processus de fabrication des aliments dans les plantes vertes :

Les plantes vertes fabriquent elles-mêmes leur nourriture. Les feuilles vertes fabriquent de la nourriture à partir de dioxyde de carbone et d'eau en présence de la lumière du soleil et de la chlorophylle.

Les feuilles ont plusieurs minuscules structures ressemblant à des pores sur la surface inférieure. Ces pores sont appelés stomates. Les feuilles absorbent le dioxyde de carbone de l'air, à travers ces pores. L'eau est transportée vers les feuilles par des canalisations très minces à partir des racines. Ces pipelines sont présents dans toute la plante, c'est-à-dire des racines aux branches et aux feuilles. Ces pipelines sont connus sous le nom de Xylem. Xylem est un type de tissu. Vous apprendrez les tissus dans vos classes supérieures. La chlorophylle est un pigment vert qui se trouve dans les feuilles vertes. La chlorophylle absorbe la lumière du soleil et donne de l'énergie. La chlorophylle est à l'intérieur du chloroplaste. Le chloroplaste est le site de la photosynthèse. A la fin de la photosynthèse, des glucides et de l'oxygène se forment. Les glucides sont utilisés comme nourriture et l'oxygène est émis dans l'atmosphère. Tout ce processus de fabrication de nourriture par les plantes s'appelle la photosynthèse.

La réaction qui a lieu dans le processus de photosynthèse peut s'écrire ainsi :

Les glucides sont finalement convertis en amidon et stockés dans les feuilles. À partir des feuilles, l'amidon est transporté vers différentes parties d'une plante. L'amidon est un type de glucides.

Les feuilles sont connues comme la cuisine ou l'usine alimentaire des plantes car la photosynthèse a lieu dans les feuilles. Les feuilles paraissent vertes à cause de la présence de chlorophylle.

Outre les feuilles, la photosynthèse a également lieu dans d'autres parties vertes de la plante, comme dans les tiges vertes. La chlorophylle est nécessaire à la photosynthèse, c'est pourquoi la photosynthèse n'a lieu que dans les plantes vertes.

Les feuilles des plantes qui poussent dans les zones désertiques sont modifiées en structure ou en écailles pour réduire la perte d'eau au cours de la transpiration. Dans ces plantes, la photosynthèse a lieu dans les tiges vertes. La tige est modifiée en d'épaisses structures spongieuses ressemblant à des feuilles dans de telles plantes.

La photosynthèse aide à maintenir un équilibre entre l'oxygène et le dioxyde de carbone dans l'atmosphère car elle absorbe le dioxyde de carbone et libère de l'oxygène.

La lumière du soleil est nécessaire à la photosynthèse. Ainsi, le soleil est la source ultime d'énergie pour tout organisme vivant.

Notre terre est la planète unique, où la photosynthèse a lieu. En l'absence de photosynthèse, la vie ne serait pas possible sur terre.

Facteurs nécessaires à la photosynthèse :

La photosynthèse des algues

Les taches vertes dans les étangs ou près de l'eau stagnante sont facilement visibles. Ces plaques vertes sont des organismes vivants appelés algues. Les algues sont des plantes. Souvent, les algues poussent à proximité de zones peu profondes gorgées d'eau telles que des puits tubulaires, des robinets, etc. On peut glisser dessus. Les algues paraissent vertes à cause de la présence de chlorophylle. Les algues préparent leur propre nourriture par le processus de photosynthèse.

Questions 1 : Qu'est-ce que la photosynthèse ?

Réponse: Le processus de fabrication de nourriture dans les plantes vertes en présence de la lumière du soleil est connu sous le nom de photosynthèse.

Questions 2 : Quels sont les facteurs essentiels à la photosynthèse ?

Réponse: Le dioxyde de carbone, l'eau, la chlorophylle et la lumière du soleil sont des facteurs essentiels à la photosynthèse.

Question 3 : Qu'est-ce que la chlorophylle ?

Réponse: La chlorophylle est le pigment vert présent dans les feuilles vertes.

Question 4 : Pourquoi les feuilles paraissent-elles vertes ?

Réponse: Les feuilles paraissent vertes en raison de la présence de chlorophylle, qui est un pigment vert.

Questions 5 : Quelle est la fonction de la chlorophylle ?

Réponse: La chlorophylle absorbe la lumière du soleil pour la photosynthèse.

Question 6 : Quels sont les produits finaux fabriqués après la photosynthèse ?

Réponse: Les glucides et l'oxygène sont les produits finaux après la photosynthèse.

Questions 7 : Que sont les stomates ?

Réponse: Les petits pores présents sur la face inférieure de la feuille sont appelés stomates.

Questions 8 : Quelle est la fonction des stomates ?

Réponse: Les stomates absorbent le dioxyde de carbone de l'air pour la photosynthèse. Les stomates facilitent les échanges gazeux et la transpiration.

Question 9 : Quelle est la source ultime d'énergie ?

Réponse: Le soleil est la source ultime d'énergie.

Question 10 : Comment l'eau est-elle transportée vers les feuilles ?

Réponse: L'eau est transportée vers les feuilles à travers des structures semblables à des tuyaux provenant des racines de la plante. Ces structures en forme de tuyaux sont présentes de la racine aux feuilles en passant par les branches.


Invention de la culture hydroponique moderne

Au 19 e siècle, un botaniste allemand de l'université de Würzburg, Julius Sachs, a consacré sa carrière à comprendre les éléments essentiels dont les plantes ont besoin pour survivre. En examinant les différences entre les plantes cultivées dans le sol et celles cultivées dans l'eau, Sachs a découvert que les plantes n'avaient pas besoin de pousser dans le sol, mais seulement des nutriments dérivés des micro-organismes qui vivent dans le sol. En 1860, Sachs a publié la formule de « solution de nutriments » pour la culture de plantes dans l'eau, qui a jeté les bases de la technologie hydroponique moderne (Figure 1).

Figure 1: Solution nutritive. Les plantes obtiennent 3 nutriments de l'air – carbone, hydrogène et oxygène – et 13 nutriments de l'eau enrichie : azote, phosphore, potassium, calcium, magnésium, soufre, fer, manganèse, cuivre, zinc, bore, chlore et molybdate.

En 1937, un scientifique américain, le Dr W.E. Gericke a décrit comment cette méthode de culture de plantes pouvait être utilisée à des fins agricoles pour produire de grandes quantités de récoltes. Gericke et d'autres ont démontré que la dynamique des fluides de l'eau modifiait l'architecture des racines des plantes, ce qui leur permettait d'absorber les nutriments plus efficacement que les plantes cultivées dans le sol, les faisant grossir plus rapidement. Depuis lors, les scientifiques ont optimisé la solution nutritive, un total de 13 macronutriments et micronutriments, qui sont ajoutés à l'eau pour la culture hydroponique (Figure 1).

Les systèmes hydroponiques d'aujourd'hui sont très sophistiqués. Il existe des systèmes qui surveillent le niveau de nutriments, le pH et la température de l'eau, et même la quantité de lumière que les plantes reçoivent. Il existe trois principaux types de systèmes hydroponiques : une technique de film nutritif, un système Ebb and Flow et un système Wick (Figure 2). Une technique hydroponique à film nutritif consiste à faire pousser des plantes dans un bac de culture légèrement incliné et placé au-dessus d'un réservoir rempli du mélange eau-nutriment. Cela permet à un mince filet d'eau de s'écouler à travers les racines des plantes, permettant aux plantes d'avoir suffisamment d'eau, de nutriments et d'aération, puis de s'écouler dans le réservoir. La technique du film nutritif est le système hydroponique le plus couramment utilisé aujourd'hui. Plenty et Bowery, deux des plus grandes fermes hydroponiques des États-Unis, utilisent des techniques de film nutritif pour faire pousser de la laitue, des épinards et d'autres légumes-feuilles. La technique Ebb and Flow permet d'inonder les plantes avec de l'eau riche en nutriments, et une fois que les racines des plantes ont absorbé les nutriments, l'eau est activement drainée dans un réservoir pour être réutilisée. Enfin, un système de mèche hydroponique est le plus simple de tous, car les nutriments sont passivement donnés à la plante à partir d'une mèche ou d'un morceau de ficelle qui monte jusqu'à la plante depuis le réservoir d'eau. Dans ce système, les plantes sont cultivées dans un milieu de culture inerte tel que du sable, de la roche, de la laine ou des boules d'argile qui aident à ancrer les racines des plantes. Ces différents systèmes sont interchangeables, mais certains systèmes peuvent être meilleurs pour cultiver différents types de plantes.

Figure 2: Les trois techniques les plus courantes pour la culture hydroponique. Dans toutes les approches, l'eau est enrichie d'une solution nutritive qui est stockée dans un réservoir de nutriments. L'eau est ensuite pompée activement vers le plateau de culture (panneaux A et B) ou elle est passée passivement vers le plateau de culture (panneau C) à travers une mèche. Les racines des plantes poussent plus épaisses que celles des plantes cultivées dans le sol, ce qui leur permet d'absorber plus efficacement les nutriments.

Les avantages de l'utilisation de l'un de ces systèmes hydroponiques sont multiples. Premièrement, comme il n'y a pas de sol, il n'y a pas besoin de s'inquiéter d'avoir une parcelle de terrain, des mauvaises herbes, des agents pathogènes vivant dans la terre ou de traiter les cultures avec des pesticides. L'eau est également grandement conservée grâce au réservoir de nutriments, car la même eau peut être réutilisée encore et encore. De plus, comme la plupart de ces fermes hydroponiques sont à l'intérieur, la nourriture peut être produite toute l'année et même au milieu d'une grande ville, comme New York. Compte tenu de tous ces avantages, nous pourrions commencer à voir de plus en plus de fermes hydroponiques aux États-Unis et dans le monde, car cette méthode d'agriculture promet de révolutionner l'agriculture en utilisant moins d'eau et d'autres ressources.


PROCHAINE ÉTAPE - ALIMENTATION

Plus d'espace est nécessaire pour les aliments sans algues car vous avez besoin d'un espace libre pour les cultures. Mais malgré tout, avec les cultures qu'ils utilisent dans BIOS-3, telles que le blé nain, il n'y a pas besoin d'une énorme quantité de dégagement. Avec les expériences BIOS-3, ils avaient un total de 237 mètres cubes mis de côté pour la culture des cultures. Mais il est clair que l'expérience n'a pas été conçue pour être optimisée pour le volume car ils n'ont fait pousser les cultures que sur un seul niveau.

C'est donc seulement un peu plus de surface de croissance par personne qu'il n'en fallait pour les algues. Il ressort clairement des photographies qu'ils n'optimisaient pas le volume, car il y a beaucoup d'espace libre au-dessus des plantes et une seule couche de cultures dans la pièce. Si ces 13 mètres carrés par personne sont tout ce dont vous avez besoin pour éclairer, cela fait une puissance totale de 7,8 kW pour l'éclairage d'un équipage de six personnes.


Il semble qu'il y ait beaucoup d'espace pour trois ou quatre couches si vous les aviez dans des plateaux. Le blé servait à faire du pain. Ainsi, cette zone de croissance de 237 mètres cubes est largement surestimée.

"Plants de blé d'âges divers montrant l'approche "convoyeur" qui a été utilisée dans les expériences Bios, Les jeunes plants de blé sont au premier plan, avec les plantes plus matures vers l'arrière. L'allée entre les bancs est étroite (pour laisser le plus d'espace possible pour les cultures). Le poteau, avec quelques capteurs environnementaux attachés, obstrue davantage l'allée. Les membres de l'équipage ont planté diverses herbes et autres plantes spéciales dans le coin et à côté du mur à gauche, un espace qui serait autrement gaspillé. photo d'ici

Je ne peux pas trouver d'estimation du volume total nécessaire pour les cultures elles-mêmes s'il était utilisé dans une station spatiale avec un espace aérien minimal au-dessus de la culture. Mais il semble que vous puissiez facilement les installer dans un tiers de l'espace.


Élever des insectes géants pour démêler l'ancien oxygène

Les libellules géantes de l'ancienne Terre avec une envergure allant jusqu'à 70 centimètres (28 pouces) sont généralement attribuées à des niveaux atmosphériques d'oxygène plus élevés dans l'atmosphère dans le passé. De nouvelles expériences d'élevage d'insectes modernes dans diverses atmosphères enrichies en oxygène ont confirmé que les libellules grossissent avec plus d'oxygène, ou hyperoxie.

Cependant, tous les insectes n'étaient pas plus gros lorsque l'oxygène était plus élevé dans le passé. Par exemple, les plus gros cafards de tous les temps volent en l'air aujourd'hui. La question devient comment et pourquoi différents groupes réagissent aux changements de l'oxygène atmosphérique.

Les secrets expliquant pourquoi ces changements se sont produits se trouvent peut-être dans les tubes trachéaux creux que les insectes utilisent pour respirer. Mieux comprendre ces changements chez les insectes modernes pourrait permettre d'utiliser des insectes fossilisés comme indicateurs des anciens niveaux d'oxygène.

"Notre principal intérêt est de savoir comment les niveaux de paléo-oxygène auraient influencé l'évolution des insectes", a déclaré John VandenBrooks de l'Arizona State University à Tempe. Pour ce faire, ils ont décidé d'examiner la plasticité des insectes modernes élevés à différentes concentrations d'oxygène. L'équipe a élevé des cafards, des libellules, des sauterelles, des vers de farine, des coléoptères et d'autres insectes dans des atmosphères contenant différentes quantités d'oxygène pour voir s'il y avait des effets.

L'un des résultats a été que les libellules sont devenues plus rapidement des adultes plus gros dans l'hyperoxie. Cependant, les blattes ont grandi plus lentement et ne sont pas devenues des adultes plus gros. Au total, dix des douze types d'insectes étudiés ont diminué de taille dans les atmosphères à faible teneur en oxygène. Mais il y avait des réponses variées lorsqu'ils étaient placés dans une atmosphère enrichie en oxygène. VandenBrooks présente les résultats des travaux le 1er novembre lors de la réunion annuelle de la Geological Society of America à Denver.

"Les libellules étaient les insectes les plus difficiles à élever", a déclaré VandenBrooks parce que, entre autres, il n'existe pas de nourriture pour libellules. En tant que jeunes, ils ont besoin de chasser des proies vivantes et, en fait, les étudiants de premier cycle Elyse Muñoz et Michael Weed travaillant avec le Dr VandenBrooks ont dû nourrir quotidiennement les libellules à la main.

"Les libellules sont notoirement difficiles à élever", a déclaré VandenBrooks. "Nous sommes l'un des seuls groupes à les élever avec succès jusqu'à l'âge adulte dans des conditions de laboratoire."

Une fois qu'ils ont compris cela, cependant, ils ont élevé trois ensembles de 75 libellules dans des atmosphères contenant 12 pour cent (le plus bas d'oxygène a été dans le passé), 21 pour cent (comme l'atmosphère terrestre moderne) et 31 pour cent d'oxygène (le plus haut oxygène a été ).

Les cafards, comme le savent tous ceux qui les ont combattus à la maison, sont beaucoup plus faciles à élever. Cela a permis aux chercheurs d'élever sept groupes de 100 cafards dans sept atmosphères différentes allant de 12% à 40% d'oxygène imitant la gamme des niveaux de paléo-oxygène. Les cafards ont mis environ deux fois plus de temps à se développer dans des niveaux élevés d'oxygène.

"C'est exactement le contraire de ce à quoi nous nous attendions", a déclaré VandenBrooks. Une possibilité est que les cafards élevés hyperoxiques soient restés au stade larvaire plus longtemps, attendant peut-être que leur environnement change pour un niveau d'oxygène plus bas, peut-être moins stressant.

Ce résultat surprenant a incité les chercheurs à examiner de plus près l'appareil respiratoire des cafards, leurs tubes trachéaux. Ce sont essentiellement des tubes creux dans le corps d'un insecte qui permettent à l'oxygène gazeux d'entrer directement dans les tissus de l'insecte.

VandenBrooks et son équipe ont emmené leurs cafards élevés hyperoxiques à l'installation d'imagerie synchrontron à rayons X d'Argonne National Lab pour examiner de plus près les tubes trachéaux. Le synchrontron à rayons X est particulièrement efficace pour résoudre les bords où se rencontrent des éléments de différentes phases, comme des solides sur des liquides ou des gaz sur des solides. C'est exactement ce qu'est l'intérieur d'un tube trachéal.

Ce qu'ils ont découvert, c'est que les tubes trachéaux des cafards élevés hyperoxiques étaient plus petits que ceux des atmosphères à faible teneur en oxygène. Cette diminution de la taille du tube sans augmentation de la taille globale du corps permettrait aux cafards d'investir davantage dans les tissus utilisés pour d'autres fonctions vitales autres que la respiration, comme manger ou se reproduire. Les cafards élevés en hypoxie (faible teneur en oxygène) devraient troquer leur investissement dans ces autres tissus pour respirer.

La prochaine étape, a déclaré VandenBrooks, sera d'examiner de près les tubes trachéaux d'insectes fossilisés dans l'ambre pour voir ce qu'ils pourraient dire sur les niveaux d'oxygène à divers moments dans le passé. Ceux-ci pourraient éventuellement servir de proxy pour les niveaux de paléo-oxygène.

"Il y a eu beaucoup d'hypothèses sur l'impact de l'oxygène sur l'évolution des animaux, mais personne ne les a vraiment testées", a déclaré VandenBrooks. "Nous avons donc utilisé une approche à deux volets : 1) étudier les insectes modernes à différents niveaux d'oxygène et 2) étudier les insectes fossiles et comprendre les changements dans le passé à la lumière de ces résultats."

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Société géologique d'Amérique. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


Facteurs abiotiques

Les facteurs abiotiques sont les composants non vivants de l'écosystème, y compris ses facteurs chimiques et physiques. Les facteurs abiotiques influencent d'autres facteurs abiotiques. De plus, ils ont des impacts profonds sur la variété et l'abondance de la vie dans un écosystème, que ce soit sur terre ou dans l'eau. Sans facteurs abiotiques, les organismes vivants ne pourraient pas manger, grandir et se reproduire. Vous trouverez ci-dessous une liste de certains des facteurs abiotiques les plus importants.

  • Lumière du soleil: En tant que plus grande source d'énergie au monde, la lumière du soleil joue un rôle essentiel dans la plupart des écosystèmes. Il fournit l'énergie que les plantes utilisent pour produire de la nourriture et affecte la température. Les organismes doivent s'adapter en fonction de leur accès à la lumière du soleil.
  • Oxygène: L'oxygène est essentiel à la majorité des formes de vie sur Terre. La raison? Ils ont besoin d'oxygène pour respirer et libérer l'énergie de la nourriture. De cette façon, l'oxygène entraîne le métabolisme de la plupart des organismes.
  • Température: La température moyenne, la plage de température et les températures extrêmes dans l'air et dans l'eau sont toutes importantes dans la façon dont les organismes vivent et survivent dans un écosystème. La température affecte également le métabolisme d'un organisme, et les espèces ont évolué pour prospérer dans la plage de température typique de leur écosystème.
  • Vent: Le vent peut exercer de nombreux effets sur un écosystème. Il déplace d'autres facteurs abiotiques, comme le sol et l'eau. Il disperse les graines et propage le feu. Le vent affecte la température ainsi que l'évaporation du sol, de l'air, des eaux de surface et des plantes, modifiant ainsi les niveaux d'humidité.
  • L'eau: L'eau est essentielle à toute vie. Dans les écosystèmes terrestres (terrestres) où l'eau est rare, comme les déserts, les organismes développent des traits et des comportements qui les aident à survivre en récoltant et en stockant l'eau efficacement. Cela peut parfois créer une source d'eau pour d'autres espèces également. Dans les écosystèmes comme les forêts tropicales humides où l'abondance de l'eau épuise les éléments nutritifs du sol, de nombreuses plantes ont des caractéristiques spéciales qui leur permettent de collecter des éléments nutritifs avant que l'eau ne les emporte. L'eau contient également des nutriments, des gaz et des sources de nourriture dont dépendent les espèces aquatiques et marines, et elle facilite les mouvements et d'autres fonctions vitales.
  • Courants océaniques: Les courants océaniques impliquent le mouvement de l'eau, qui à son tour facilite le mouvement des facteurs biotiques et abiotiques comme les organismes et les nutriments. Les courants affectent également la température de l'eau et le climat. Ils jouent un rôle important dans la survie et le comportement des organismes qui vivent dans l'eau, car les courants peuvent influencer des éléments tels que la disponibilité de la nourriture, la reproduction et la migration des espèces.
  • Nutriments : Le sol et l'eau contiennent des nutriments inorganiques dont les organismes ont besoin pour se nourrir et se développer. Par exemple, les minéraux comme le phosphore, le potassium et l'azote présents dans le sol sont importants pour la croissance des plantes. L'eau contient de nombreux nutriments dissous et le ruissellement du sol peut transporter des nutriments vers les environnements aquatiques et marins.

Et le sol ?

Composé à la fois de composants biotiques et abiotiques, le sol est un cas intéressant. Le sol filtre et stocke l'eau et ancre les racines des plantes. Il contient des minéraux et des gaz nutritifs, ainsi que des millions de micro-organismes comme des bactéries, des champignons et des organismes unicellulaires appelés archées. Ce sont des décomposeurs importants, les recycleurs indispensables de la planète.


Les sucres végétaux sont des acteurs cruciaux du défi oxydatif lors du stress abiotique : extension du concept traditionnel

Les plantes souffrant de stress abiotique sont généralement confrontées à une accumulation accrue d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) avec des effets dommageables et de signalisation aux niveaux organellaire et cellulaire. Le résultat d'un défi environnemental dépend fortement de l'équilibre délicat entre la production de ROS et le piégeage par les antioxydants enzymatiques et métaboliques. Cependant, cette classification traditionnelle a besoin d'être renouvelée et réformée, car il devient de plus en plus clair que les sucres solubles tels que les disaccharides, les oligosaccharides de la famille du raffinose et les fructanes - à côté de leurs enzymes métaboliques associées - sont fortement liés à l'accumulation de ROS induite par le stress. dans les plantes. Par conséquent, cette revue vise à étendre le concept actuel du fonctionnement des antioxydants lors d'un stress abiotique, en mettant un accent particulier sur le rôle d'émanation des sucres en tant que véritables piégeurs de ROS. Des exemples sont donnés en fonction de leur localisation cellulaire, car différents organites semblent exploiter des mécanismes distincts. De plus, la vacuole entre en scène en tant qu'acteur important dans le réseau de signalisation ROS des plantes. L'élucidation de l'interaction entre les mécanismes contrôlant la signalisation des ROS pendant le stress abiotique facilitera le développement de stratégies pour améliorer la tolérance des cultures aux conditions environnementales stressantes.

Mots clés: antioxydants stress oxydatif espèces réactives de l'oxygène vacuole.


Le bassin du Rhône

Jean-Michel Olivier , . Jean-Paul Bravard, dans Fleuves d'Europe, 2009

7.5.2 Macrophytes

La diversité des plantes aquatiques du Rhône et de ses affluents résulte principalement du nombre élevé de chenaux abandonnés. Ces chenaux sont façonnés par la dynamique fluviale et sont par conséquent très diversifiés en termes de sinuosité, de capacité hydraulique et d'éloignement du fleuve. Cette complexité géomorphologique combinée à l'hydrologie dicte (1) la fréquence et la durée des crues, (2) l'effet net des crues (érosion versus dépôt), et (3) le rejet des eaux souterraines s'exfiltrant dans ces canaux ( Bornette et al. 1998 ) . Le Haut-Rhône et plusieurs de ses affluents (par exemple l'Ain, le Doubs, l'Ardèche, l'Isère, la Drôme) sont des rivières de piémont, caractérisées par un fond grossier et une pente relativement élevée. Dans de telles situations, la durée des crues est faible (généralement quelques jours) et les crues provoquent des augmentations de la vitesse d'écoulement qui endommagent les communautés végétales et érodent les sédiments fins, en particulier les canaux de coupure à faible sinuosité et capacité hydraulique. Dans les chenaux plus sinueux, les crues n'ont pas ou n'ont pas d'effet d'ensablement, selon la fréquence des liaisons entre le fleuve et les chenaux. L'évacuation des eaux souterraines est généralement faible dans les canaux sinueux qui sont fréquemment obstrués par des sédiments fins. Le débit d'eau souterraine peut être assez élevé dans d'autres, en fonction de la pente du canal et de la taille des grains du substrat. Ces eaux souterraines proviennent soit de l'infiltration de rivières riches en nutriments, soit d'aquifères de pente plus pauvres en nutriments. Les canaux de coupure oligotrophes sont abondants le long de l'Ain et par endroits le long du Rhône. Dans la plupart des situations, la forte activité humaine dans le bassin versant conduit à une teneur en éléments nutritifs de l'eau assez élevée (par exemple Haut Rhône, Isère) ou très élevée (Saône, Doubs, bas Rhône). La richesse en espèces la plus élevée est observée dans les canaux de coupure avec des niveaux de nutriments intermédiaires et la plus faible richesse en espèces se produit dans les canaux de coupure riches en nutriments. Les communautés oligotrophes ont une faible richesse mais une forte proportion d'espèces rares. Parmi les espèces les plus abondantes présentes dans les chenaux coupés du Rhône et de ses affluents figurent les espèces eutrophes (Lemna mineur, Ceratophyllum demersum, Spirodela polyrhiza, Myriophyllum spicatum) et les espèces intolérantes à l'affouillement par les crues (Phragmites australis, Nuphar lutea, Nymphea alba) ( Bornette et al. 2001 ). Certaines espèces relativement rares se trouvent principalement le long de la Saône (Stratiotes aloides, Hydrocharis morsus-ranae, Nymphoides peltata). Quelques espèces dont Callitriche platycarpa, Elodea canadensis, Bérula erecta, et Phalaris arundinacea se produisent dans les canaux de coupure perturbés par les crues (par exemple l'Ain et le haut-Rhône français). De nombreuses espèces liées aux niveaux trophiques intermédiaires et bas sont présentes le long de la rivière Ain (Potamogeton coloratus, Chara major, Luronium natans, Baldellia ranunculoïdes, Hydrocotyle vulgaris, Cladium mariscus, Schoenoplectus nigricans).

Dans une étude exhaustive de la végétation aquatique dans tous les canaux de coupure du Rhône du lac Léman à la mer, Henry et Amoros (données inédites, 1998) ont montré que la richesse spécifique est élevée (67 espèces strictement aquatiques et 46 espèces hélophytes) mais pas uniformément répartie. Les canaux de coupure le long du Haut-Rhône français présentent une proportion relativement faible d'espèces eutrophes en raison des nappes phréatiques oligotrophes d'origine karstique et des apports de l'Ain. De Lyon à la confluence avec l'Isère, les espèces aquatiques qui colonisent les chenaux coupés sont majoritairement eutrophes. En aval du confluent de l'Isère, la proportion d'espèces eutrophes diminue légèrement, et certains chenaux présentent des espèces oligotrophes. La richesse en espèces augmente significativement en dessous de la confluence avec la rivière Drôme avec une forte proportion d'espèces oligotrophes dans les chenaux de coupure. Further downstream, cut-off channels of the Rhône again become highly eutrophic. Some mesotrophic species occur exclusively in cut-off channels upstream from Lyon, such as Hippuris vulgaris, Hottonia palustris, C. platycarpa, et Potamogeton natans. Some species occur both in the upper river and downstream of the Isère confluence (e.g. Groenlandia densa, Sparganium emersum) or the Drôme River (e.g. P. coloratus, Sagittaria sagittifolia, Juncus articulatus). Finally, some species are found only in the eutrophic lower river, (Spirodela polyrhiza, Vallisneria spiralis, Lemna gibba). The main non-native aquatic plant species are Egérie densa, E. canadensis, E. nuttallii, Lagarosiphon major, Ludwigia peploides et L. grandiflora, Myriophyllum aquaticum.


Plants require more than just water and sunlight to grow. They also require many nutriments found in the soil. One of the most important nutrients required for plant growth is nitrogen. Nitrogen is used to build plant proteins and nucleic acids, including DNA.

Nitrogen is found naturally in the atmosphere and in the soil. Even though there is an abundance of nitrogen available, the most common form of nitrogen (N2) cannot be used by plants. Nitrogen can be combined chemically with oxygen or hydrogen to form types of nitrogen compounds that plants can use. These nitrogen compounds can be added to the soil in the form of ammonium (NH4 + ) and nitrate (NO3 - ) les engrais. Plants grow well when fertilizer containing nitrogen is added to the soil, but this method can be expensive and has to be repeated each time the nitrogen in the soil is used up.


Figure 1. Adding fertilizers containing nitrogen to the soil can help plants grow well.

In this experiment, you will compare plants grown without nitrogen fertilizer to plants grown with nitrogen fertilizer. You will observe the effects of nitrogen on the health of the plants by measuring the increase in biomasse (the total Masse, or weight, of each plant) during the experiment.


Voir la vidéo: La conservation en sacs mylar (Août 2022).