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Posté par Adrien le Lundi 12/03/2018 à 00:00
Diatomées: une importance sous-estimée dans les cycles biogéochimiques océaniques

Concentrations de surface de Chlorophylle a pendant le leg 2 de la campagne DeWeX en avril 2013. La zone caractérisée par l'accumulation importante de Chla correspond à une zone de formation d'eau dense.
Les diatomées sont l'un des principaux groupes de producteurs primaires des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et...), responsables chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) d'environ 20 % du CO2 fixé par photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique qui permet aux plantes et à...) sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...). Si dans les modèles biogéochimiques, elles sont généralement assimilées au microphytoplancton (20-200 µm), il existe de nombreuses diatomées appartenant au nano- (2-20 ?m) voire au pico- (< 2 ?m) phytoplancton. En raison de leur très petite taille, elles sont difficiles à détecter par les méthodes classiques d'observation et sont très mal caractérisées. Au cours de la campagne DeWeX-MERMEX dans le nord-ouest de la Méditerranée, une équipe de chercheurs a mis en évidence une floraison printanière massive en 2013 de la plus petite diatomée connue (Minidiscus). En parallèle, l'analyse des données de métagénomique acquises au cours de l'opération Tara Oceans leur a permis de révéler une présence significative à l'échelle mondiale, et largement sous-estimée jusqu'à présent, de ces petites diatomées. Les chercheurs ont aussi démontré que ces espèces pouvaient être exportées rapidement vers les zones méso- et bathypélagiques sous forme d'agrégats et que des diatomées pico- et nanoplanctoniques pouvaient ainsi localement contribuer à la pompe biologique tout en alimentant également la boucle microbienne.

Il est couramment admis que les floraisons printanières phytoplanctoniques ou celles déclenchées par le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée mélange. Les substances...) turbulent (Le HMS Turbulent (n° de coque : S 87) est un bâtiment de la classe Trafalgar de sept sous-marins nucléaires d'attaque de la Royal Navy.) conduisant à l'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) de sels nutritifs dans la couche de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) s'accompagnent d'un développement important de diatomées de moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans changer...) et grande tailles, souvent de forme coloniale. Les chercheurs participant au programme DeWeX d'étude de l'efflorescence planctonique faisant suite à la convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson...) hivernale profonde dans la zone de formation des eaux denses au large du golfe (Un golfe (italien golfo, grec kolpos, pli) est une partie de mer avancée dans les terres, en général selon une large courbure.) du Lion (Le lion (Panthera leo) est un mammifère carnivore de la famille des félidés du genre Panthera (félins). Il est surnommé « le roi des animaux » car sa crinière lui donne un...) en Méditerranée Nord-Occidentale, s'attendaient ainsi à observer une floraison (La floraison est le processus biologique de développement des fleurs. Elle est contrôlée par l'environnement (lumière, humidité,...) de diatomées dans la catégorie du microplancton. Suite à un mélange convectif ayant homogénéisé l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) de la colonne d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) sur 2500 m au cours de l'hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) 2012-2013, la floraison planctonique a été particulièrement intense et étendue. Une surprise de taille a été l'absence totale dans cette zone de diatomées de grande taille, remplacées lors de cet événement par une floraison de deux espèces du plus petit genre de diatomée connu à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et...) Minidiscus, de 2 à 5 ?m, et atteignant des concentrations record de 6 millions de cellules L-1. Les chercheurs ont calculé qu'à certains sites, et notamment au centre de la zone de convection, cette diatomée pouvait représenter jusqu'à 30% du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) particulaire total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple :...). Ces organismes n'ont pu être identifiés que grâce à la microscopie électronique à balayage (La microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM pour Scanning Electron Microscopy en anglais) est une technique de microscopie basée sur le principe des...), les techniques d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) classique en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La...) inversée ne permettant pas de les reconnaître.


La diatomée Minidiscus comicus (gauche) et M. trioculatus (droite) identifiées en microscopie électronique à balayage. Barre d'échelle 1 µm. Crédits photo: V. Cornet (MIO).

A partir d'une représentation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...) simplifiée des conditions environnementales observées en début d'efflorescence, un modèle de dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) phytoplanctonique organisé en niches écologiques conforte l'hypothèse que seule une mortalité plus élevée (top-down) appliquée aux diatomées de grande taille et liée à la présence de brouteurs méso-zooplanctoniques permet de reproduire la dominance de ces petites diatomées au moment de l'efflorescence printanière.

En parallèle de ces observations, les premières données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de Tara Océans sur la diversité des diatomées, publiées en 2016, ont révélé la présence de Minidiscus dans une grande majorité d'échantillons. Une ré-analyse des données a permis d'identifier ce genre comme étant le 20ème genre de diatomées le plus abondant dans la couche de surface et le 7ème genre le plus abondant dans la couche mésopélagique, ce qui est beaucoup plus surprenant à l'échelle globale au vu du faible nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'observations recensées dans la littérature.

Plusieurs résultats originaux découlent de cette étude:
- La mise en évidence de diatomées de taille pico- à nano-planctonique capables de former des efflorescences importantes et de contribuer significativement à la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie,...) produite, dont l'importance a probablement été très sous-estimée en raison de biais d'échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante en métrologie : lorsqu'on ne peut pas saisir un événement dans son ensemble, il faut effectuer des mesures en...) et d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...), désormais résolus par le couplage de la microscopie à balayage et de la génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à...).
- Si ces diatomées alimentent principalement la boucle microbienne en étant reminéralisées au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) de la couche de surface, elles sont aussi capables de contribuer localement à l'export de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) particulaire par le biais de processus d'agrégation.
- Ces observations confirment la nécessité d'ouvrir la boîte noire "diatomées" et d'étudier le rôle de la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et celle des gènes dans...) réelle dans la modulation des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun....) des éléments biogènes au sein d'un même groupe fonctionnel.

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Source: CNRS-INSU