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Découverte de nouveaux groupes de phytoplanctons qui semblent préférer les océans plus chauds

by Juanita Bawagan févr. 13 / 17
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Légende de photo : Les chercheurs déploient un échantillonneur d’eau dans le Pacifique Nord où les premières séquences des nouveaux groupes de phytoplanctons ont été détectées. (Photo : Adam Monier, Université d’Exeter)

Une équipe de recherche internationale a découvert deux groupes de phytoplanctons – incomparables à toute autre espèce connue – dans des régions sensibles au climat partout sur la planète. Bien qu’ils semblent relativement rares comparativement à d’autres phytoplanctons, les scientifiques disent que leur prévalence dans les eaux chaudes suggère qu’ils pourraient constituer des joueurs importants dans les écosystèmes océaniques futurs.

Les résultats, publiés le 9 janvier dans Current Biology, ont permis de retracer les gènes des phytoplanctons jusqu’à leurs origines lointaines éventuelles et d’établir une correspondance avec les séquences de quelque 200 échantillons contemporains. Les nouveaux groupes de phytoplanctons étaient de plus en plus abondants dans des eaux plus chaudes et moins riches en nutriments, comme la mer des Sargasses, la baie du Bengale et le tourbillon océanique du Pacifique Nord.

« Ces nouveaux phytoplanctons semblent foisonner dans les eaux les plus désertiques du monde où la plupart des autres espèces eucaryotes sont en déclin », dit Alexandra Z. Worden, Boursière principale au sein du programme Biologie microbienne intégrée de l’ICRA. Elle a dirigé l’équipe du Monterey Bay Aquarium Research Institute avec des collaborateurs de l’Université d’état de l’Oregon, du Woods Hole Oceanographic Institution (Massachusetts) et de l’Institut national d’océanographie de l’Inde.

Les chercheurs ont trouvé un plus grand nombre de ces phytoplanctons dans des eaux de surface plus chaudes et moins riches en nutriments, comparativement aux nombres présents dans des régions plus fraîches et riches en nutriments. Ce scénario a étonné les chercheurs, car les phytoplanctons eucaryotes de plus grande taille voient souvent leur nombre diminuer de façon considérable dans de telles conditions qui se prêtent habituellement davantage aux petites cyanobactéries.

Le réchauffement de la surface des océans crée une couche d’eau pauvre en nutriments qui se distingue de l’eau plus fraîche et riche en nutriments qui se trouve en dessous. Ce processus se produit chaque année dans de grandes régions de l’océan où le brassage hivernal intermittent permet une courte efflorescence du phytoplancton, suivie par un été où l’eau de surface est chaude et pauvre en nutriments. La plupart des espèces en efflorescence disparaissent l’été, car elles sont incapables de lutter efficacement pour les nutriments en faibles concentrations. Le réchauffement de la surface des océans mène à l’expansion de ces environnements faibles en nutriments par un processus appelé désertification océanique.   

« Comme les microorganismes dans les océans sont obligés de s’adapter aux changements climatiques, une meilleure compréhension de ce type d’organismes est essentielle », dit Worden.

C’est avec difficulté que les scientifiques ont réussi à mesurer l’incidence du réchauffement des océans sur les groupes microbiens résidents en raison d’un manque de données cohérentes sur les microorganismes, comme le phytoplancton qui est doté de la capacité de photosynthèse marine. L’équipe de Worden a établi la Baseline Initiative pour surmonter cet obstacle avec plus de 6000 séquences d’ARN pleine longueur et un échantillonnage par séries temporelles où le même emplacement est échantillonné à répétition au fil des saisons et des années. Le grand objectif de ces séries temporelles océanographiques est de capter des données contemporaines par rapport auxquelles il est possible d’évaluer des changements futurs dans l’océan.

Les chercheurs ont découvert l’un des nouveaux groupes de planctons en 2006 après avoir noté une séquence « bizarre » sur des millions. Ils ont cru que les données provenant d’une île tropicale au large du Costa Rica étaient peut-être erronées jusqu’à ce qu’ils repèrent des séquences identiques dans le Pacifique Nord et dans des récifs de corail au large de Curaçao. Pour vérifier leurs résultats, ils ont extrait par filtration l’ADN des organismes de l’eau de mer. Ensuite, ils ont produit une séquence complète d’ARN et l’ont comparée à d’autres organismes afin de voir où elle s’insérait dans un arbre évolutif. Finalement, ils ont cartographié les organismes à l’aide d’échantillons de la BIOS Bermuda Atlantic Time-Series Study, la TARA Oceans Expedition et la Baselines Initiative, y compris le projet SeaFar Curaçao du programme Biodiversité microbienne intégrée de l’ICRA.   

La première lignée de phytoplanctons semble constituer un tout nouveau groupe d’espèces. Les chercheurs croient que son ancêtre pourrait être un groupe de protistes unicellulaires qui a pris une voie évolutive distincte de celle des algues haptophytes, apparues il y a entre 1 milliard et 637 millions d’années. La deuxième lignée semble étroitement apparentée aux haptophytes. Toutefois, il s’agit d’un nouveau groupe qui n’appartient à aucune espèce ou classe connue.

« Pour comprendre les océans futurs, un échantillonnage ponctuel ne fonctionnera pas. Si nous n’avions pris qu’un cliché de l’océan au printemps nous aurions pensé que ces phytoplanctons n’avaient aucune importance, mais comme nous avons poursuivi l’échantillonnage au fil du temps, nous nous sommes rendu compte de leur importance – il faut échantillonner au fil des saisons et des années pour faire cette observation », dit Worden.

Les chercheurs du laboratoire de Worden retourneront à la mer des Sargasses et à Curaçao pour mieux comprendre l’écologie des deux groupes de phytoplanctons. Nous ignorons encore comment ces groupes contribuent à la chaîne alimentaire et au cycle du carbone. Selon Worden, il est possible qu’ils obtiennent leurs nutriments par une combinaison de photosynthèse et de consommation d’autres cellules.

Ces recherches ont obtenu le soutien de l’Office of Naval Research, du Monterey Bay Aquarium Research Institute, de la Fondation Gordon et Betty Moore, et de l’ICRA.