Effets de l'acidification océanique sur la production de calcite par les coccolithophoridés
Publié par Isabelle le 19/12/2018 à 14:00
Source: CNRS-INSU
Les coccolithophoridés à l'Anthropocène: changement de l'ultrastructure de leurs biominéraux face à l'acidification océanique

Une équipe de chercheurs de l'Institut des sciences de la terre Paris (ISTeP, CNRS/SU) a analysé les effets de l'acidification océanique sur la production de calcite par les coccolithophoridés, non pas empiriquement comme cela est classiquement entrepris, mais en quantifiant les changements ultrastructuraux de leurs biominéraux, les coccolithes. Cette étude contribue à une meilleure compréhension des effets de la diminution de pH de l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) sur les processus de biominéralisation chez ce groupe biologique d'intérêt à la fois climatique et paléoclimatique.


Coccosphères du coccolithophoridé Gephyrocapca oceanica (souche RCC1314 - collection de culture de Roscoff) observée en 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 auteurs.

Le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de...) d'origine anthropique émis dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) est pour une part importante absorbé par les océans de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...). Ce phénomène d'acidification océanique représente une menace pour les organismes marins et notamment les coccolithophoridés, un groupe de microalgues calcifiantes qui joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement...) un rôle majeur à la fois dans la pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) biologique et la contre pompe à carbonate. Le subtil rapport entre l'intensité de leur photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition)...) et de leur calcification (La quasi-totalité du calcium de l'organisme est située dans le tissu osseux et dans les dents. De façon pathologique, des dépôts calcaires anormaux...) détermine si ce groupe biologique agit comme un puits ou une source de CO2 pour l'atmosphère.

De nombreuses études en laboratoire et simulations se sont attachées à quantifier le ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la ligne.) de la production carbonatée due à l'acidification océanique dans le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le...) de changements climatiques de l'Anthropocène. Cependant, les processus et les modalités de cette sous-calcification restent encore aujourd'hui mal connus. Il reste essentiel de comprendre d'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) mécanistique comment l'acidification affecte la machinerie cellulaire et d'identifier les étapes de la biominéralisation intracellulaire qui sont perturbées par les changements environnementaux présents, passés et futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.).

Dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) ANR CARCLIM, une équipe de chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) des Sciences de la 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...) de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...) (UMR 7193 ISTeP Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège...) Université/CNRS) a étudié l'évolution des paramètres morphométriques de coccolithes produits en laboratoire par l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un concept flou dont...) Gephyrocapsa oceanica cultivée sous une large gamme de valeurs de pH recouvrant les valeurs géologiques (Greenhouse, dernier maximum glaciaire) et futures (Anthropocène). La méthode utilisée repose sur l'analyse d'images de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) à haute-résolution en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) polarisée circulaire. Elle permet la quantification des masses moyennes de calcite par coccolithe, mais également d'estimer comment les différentes sous-unités ultrastructurelles des coccolithes sont affectées.


Diagramme montrant l'évolution de la calcification par les coccolithophoridés (ordonnée) en fonction de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution...) 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...) des coccolithes (abscisse) sous différentes valeurs de pH du milieu de culture. ©AGU 2018.

Les résultats mettent en évidence que sous des valeurs de pH de l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) actuel (entre de 8,0 et 8,2), la calcification des coccolithes diminue de 35% au pH extrême de 7,4. L'originalité de cette approche repose sur la mise en évidence que celle-ci n'est pas homogène sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) du biominéral, mais s'opère sélectivement en affectant principalement les premiers stades de la coccolithogenèse - et notamment le tube central. Les 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.) permettent donc d'exclure un effet de dissolution post-mortem des coccolithes dans des eaux plus acides, et suggèrent que les fortes concentrations ambiantes en protons induisent une perte fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a...) de la trame (Le mot trame peut désigner :) 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.) qui promeut et guide la croissance cristalline. Pris dans leur ensemble, les données et conclusions des auteurs montrent que la biominéralisation organo-contrôlée, et non directement la calcification, se trouve(ra) négativement impactée par l'acidification des océans.

Dans l'avenir, il conviendra de coupler l'analyse des molécules organiques impliquées dans la biominéralisation en étudiant une plus grande diversité d'espèces et de souches de coccolithophoridés. Une démarche couplée biométrie / géochimie organique pourra en outre être appliquée à des coccolithes anciens pour mieux quantifier des épisodes d'acidification océanique dans le registre fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste (coquille, os, dent, graine, feuilles...) ou le simple moulage d'un animal ou...) et, plus largement, estimer les variations de paléo-pH de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) au cours du Cénozoïque.

Note(s):
Projet CARCLIM (The Coccolithophores: Actors and Recorders of CLIMate change) financé par l'ANR dans le cadre du Défi 1 "Gestion sobre des ressources et adaptation au changement climatique" - réf ANR‐17‐CE01‐0004.
Le tube est une structure délimitant l'aire centrale et qui donne insertion dans le cas de G. oceanica au pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette séparation. Le...) qui enjambe cette aire centrale. Sa formation intervient à un stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et...) initial de la croissance du coccolithe.



Références publication:
Hermoso M., Minoletti F. (2018) Mass and Fine‐Scale Morphological Changes Induced by Changing Seawater pH in the Coccolith Gephyrocapsa oceanica, Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, doi:10.1029/2018JG004535.

Contacts chercheurs:
- Michaël Hermoso, ISTeP
- Fabrice Minoletti, ISTeP
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