Le plancton eucaryote dans l'océan mondial: le dessous des cartes

Publié par Isabelle le 22/11/2021 à 13:00
Source: CNRS INSB
Le plancton eucaryote est une composante essentielle et extrêmement diversifiée des écosystèmes marins. A l'aide de données ADN issues du projet Tara Océans et d'un modèle probabiliste, les scientifiques ont établi sa distribution géographique mondiale dans une étude parue dans la revue Science. D'importantes variations de structure géographique ont été mises en évidence entre groupes planctoniques selon leur diversité ainsi que selon la taille et l'écologie des organismes, variations pouvant être reliées à l'influence plus ou moins forte de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) sur ces organismes.


© Christian Sardet/fondation Tara océan

Le plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec...) océanique eucaryote produit 50% de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) que nous respirons, est à la base des chaînes alimentaires océaniques, et joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle clé dans les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) biogéochimiques tel que la séquestration du CO2 atmosphérique dans les sédiments marins. Pourtant sa distribution géographique (sa "biogéographie (La biogéographie est une branche à la croisée des sciences dites naturelles, de la...)") reste mal connue du fait de la grande diversité du plancton eucaryote et de la difficulté d'accès à son habitat. Le plancton eucaryote est en effet remarquablement diversifié à la fois sur le plan taxinomique (diversité en espèces), phylogénétique (diversité évolutive) et écologique (diversité fonctionnelle). L'étude de la biogéographie du plancton et de ses déterminants est également compliquée par le fait que le plancton est perpétuellement en mouvement, transporté passivement par les courants océaniques.

Dans le cadre d'une collaboration internationale, les scientifiques ont étudié la biogéographie du plancton eucaryote à l'échelle mondiale, à partir de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) ADN issues d'échantillons récoltés par la goélette (Une goélette (ou anciennement goëlette) est un voilier dont le mât de misaine, placé à l'avant...) d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) océanique Tara entre 2009 et 2013. Environ 250 000 espèces de plancton eucaryote, ou plus exactement "taxons moléculaires", ont pu être distinguées dans ces échantillons sur la base d'une courte séquence d'ADN reflétant leur distance évolutive. L'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la...) de présence de ces taxons à travers le globe à l'aide d'un modèle probabiliste a révélé une grande différence dans la composition des communautés entre les régions au dessus de 45° de latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre...) Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) et le reste de l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau...) mondial, où de nombreux taxons sont ubiquistes. À une échelle plus fine, des différences ont également été mises en évidence au sein de ces trois grandes régions selon la latitude et le bassin océanique.

Afin de prendre en compte la grande diversité du plancton eucaryote, les chercheurs se sont ensuite intéressés aux variations de biogéographie entre groupes planctoniques en fonction de leur écologie. En comparant la biogéographie des 70 principaux groupes de plancton eucaryote, ils ont mis en évidence une importante variabilité suivant deux axes principaux. Le long du premier axe, les groupes dont la diversité en espèces est la plus grande sont davantage spatialement structurés à l'échelle mondiale. Le long du second axe, les groupes composés d'organismes de plus grande taille (jusqu'à plusieurs millimètres) et plus hauts dans la chaîne alimentaire (Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le...) sont structurés par bassin océanique et à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...) spatiale, tandis que ceux composés d'organismes de plus petite taille (jusqu'à quelques micromètres) et plus bas dans la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) alimentaire sont structurés par la latitude et à plus petite échelle spatiale.

Pour comprendre les mécanismes à l'oeuvre derrière ces variations, les chercheurs ont enfin comparé la biogéographie des différents groupes planctoniques à des données environnementales et à un modèle de circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) océanique. Les résultats de cette comparaison suggèrent que les courants océaniques influencent fortement la biogéographie du plancton eucaryote, et que les variations le long du second axe entre groupes de taille différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) peuvent s'expliquer par une influence relative plus ou moins forte des conditions environnementales locales, les producteurs primaires de petite taille y étant plus sensibles que les zooplanctons de grande taille.

L'avènement d'approches automatisées pour mesurer la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie...), basées sur la génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) ou l'imagerie satellite (L'imagerie satellitale désigne la prise de photographies de la Terre ou d'autres...), permet désormais l'accumulation de données à une échelle sans précédent. En dévoilant la structure géographique du plancton eucaryote dans toute sa diversité et à l'échelle mondiale, cette étude illustre les possibilités ouvertes par la combinaison (Une combinaison peut être :) de telles données avec de nouvelles approches de modélisation statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....) adaptées. L'essor de ce type d'effort interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) devrait permettre le développement de modèles plus réalistes de la biodiversité en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) avec le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...) et les flux biogéochimiques.


(A) Variabilité biogéographique entre groupes de plancton eucaryote suivant les deux principaux axes de variation. Chaque point représente un groupe planctonique, et la distance entre deux groupes décroît avec la similarité de leurs biogéographies. Les groupes sont d'autant plus structurés spatialement qu'ils se trouvent sur la droite du premier axe. Les groupes situés en haut du second axe sont structurés à plus grande échelle spatiale et suivant les bassins océaniques, tandis que ceux situés en bas sont structurés à plus petite échelle spatiale et suivant la latitude. La grosseur et la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) des points varient suivant la diversité du groupe et la taille moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) des organismes qui le composent.
(B et C) Biogéographie des cordés, un groupe de zooplanctons de grande taille, et des mamiellophycées, un groupe d'algues unicellulaires.
© Guilhem Sommeria-Klein & Hélène Morlon.

Pour en savoir plus:
Global drivers of eukaryotic plankton biogeography in the sunlit ocean.
Sommeria-Klein G, Watteaux R, Ibarbalz FM, Pierella Karlusich JJ, Iudicone D, Bowler C, Morlon H.
Science. 2021 Oct 29. doi: 10.1126/science.abb3717.

Laboratoires:
- IBENS (École Normale Supérieure/CNRS, Inserm/Université PSL) - 45 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux...) d'Ulm.75005 Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...).
- Department of Computing, University of Turku. - Yliopistonmäki, 20014 Turku, Finland.

Contacts:
- Hélène Morlon - Chercheuse CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) de l'Ecole normale supérieure (École Normale Supérieure/CNRS, Inserm/Université PSL) - helene.morlon at bio.ens.psl.eu
- Guilhem Sommeria-Klein - Postdoctorant à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Turku - guilhem.sk@ at gmail (Gmail est un service de messagerie gratuit proposé par Google. Les messages reçus sur un...).com
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