Nostoc (cyanobactéries)

L'examen au microscope d'un fragment de gelée de nostoc monté entre lame et lamelle montre un grand nombre de filaments non ramifiés, incorporés dans une gelée transparente (qui offre une très bonne protection contre la dessiccation), et formés de la réunion d'un grand nombre de cellules globulaires, légèrement ovales. Leur contenu ne laisse apparaître ni noyau ni plastes, ce qui indique que nous sommes en présence de cellules procaryotes. Ces dernières sont photosynthétiques, comme le prouve la coloration bleu verdâtre du contenu cellulaire, due à la présence de pigments (chlorophylles et phycobilines). La teinte bleu vert de ces organismes expliquent qu'ils ont longtemps été décrits comme des algues bleues, mais il s'agit bel et bien d'un groupe particulier et fascinant de bactéries, appelées cyanobactéries, qui ont probablement été l'une des premières formes de vie sur Terre.

Certains filaments comportent des cellules légèrement plus grandes, plus claires et à parois plus épaisses, des hétérocystes. Grâce à une enzyme très particulière, la nitrogénase, ces cellules hautement spécialisées sont capables de métaboliser en le réduisant l'azote atmosphérique moléculaire (N₂). La nitrogénase possède également cependant une affinité pour l'oxygène (O₂), qui rendre donc en compétition avec l'azote pour le site actif de l'enzyme, et empêche sa fixation.

Les rares organismes équipés d'une nitrogénase déploient différentes stratégies pour éliminer tout contact avec l'oxygène. Certaines consomment l'oxygène par respiration jusqu'à son épuisement, d'autres synthétisent une variante de l'hémoglobine pour le fixer (c'est le cas des rhizobiums hébergés dans les nodules racinaires de légumineuses). Les cyanobactéries ont de leur côté fait le choix de ne pas doter les hétérocystes d'un système assimilateur chlorophyllien (elles dépendent donc des cellules voisines pour leur alimentation), et d'épaissir leur paroi pour faire obstacle au passage de l'oxygène, tout en laissant passer l'azote.

Si la plupart des cyanobactéries vivent à l'état libre dans la nature, certaines ont établi des relations symbiotiques avec d'autres êtres vivants. C'est ainsi le cas des lichens gélatineux appartenant au genre Collema (qui résultent de l'union d'un champignon avec des cyanobactéries du genre Nostoc), ou des fougères du genre Azolla, qui collaborent avec des cyanobactéries filamenteuses du genre Anabaena, là encore pour leur capacité à fixer l'azote. Les racines dites coralloïdes des Cycas accueillent également en leur sein des cyanobactéries.