Plancton diversifié - inégalement actif, inégalement réparti
Un consortium de recherche international auquel participe l'ETH met en évidence : Le plancton marin est plus diversifié dans les océans chauds que dans les mers polaires, tant en ce qui concerne le nombre d'espèces que l'activité biologique des communautés planctoniques. Dans le cadre du changement climatique, il pourrait y avoir une redistribution du plancton dans les océans du monde.
L'océan est le seul écosystème cohérent de la Terre. D'innombrables virus, microbes, unicellulaires végétaux et animaux et minuscules animaux forment le plancton qui dérive en suspension libre au gré des courants marins.
Même si ses composants peuvent para?tre petits et insignifiants, le plancton a des fonctions extrêmement importantes. Il constitue ainsi la base de toutes les cha?nes alimentaires marines. De plus, les composants photosynthétiques du plancton, tels que les algues et les cyanobactéries, produisent énormément d'oxygène et fixent en même temps une grande partie du dioxyde de carbone de l'atmosphère.
Dans deux nouvelles études qui viennent de para?tre dans la revue spécialisée "Cell", un consortium international de chercheurs, dont le groupe de travail pour la recherche sur le microbiome dirigé par le professeur de l'ETH Shinichi Sunagawa, montre où se trouvent les principaux groupes d'organismes planctoniques et comment ils s'adaptent aux conditions naturelles de chaque zone maritime.
Les gènes et leurs transcriptions étudiés
Dans l'une des deux études partielles, Sunagawa et son groupe ont examiné les métatranscriptomes de bactéries et d'archées à partir de centaines d'échantillons de plancton provenant de toutes les mers du monde. Les échantillons provenaient d'expéditions menées par la Tara Ocean Foundation dans les années 2009 à 2013 autour du globe à bord du voilier "Tara".
Le métatranscriptome comprend tous les transcrits génétiques, c'est-à-dire les molécules d'ARN, qui ont pu être isolés à partir du mélange des différentes bactéries et archées planctoniques.
Les chercheurs de l'ETH ont ensuite pu associer les molécules d'ARN existantes à un gène à l'aide d'une base de données. La base de données a été créée par le groupe Sunagawa et contient 47 millions d'entrées relatives aux gènes de plus de 40 000 espèces microbiennes différentes, selon les estimations, trouvées à ce jour dans le plancton du monde entier.
Les chercheurs ont également mesuré le nombre de fois qu'une molécule d'ARN était présente dans un échantillon. Le nombre de molécules d'ARN indique à quel point un gène était actif au moment de l'échantillonnage. Les chercheurs peuvent par exemple en tirer des conclusions sur certains processus métaboliques et sur les performances d'adaptation des microbes aux différents sites.
La diversité est la plus élevée autour de l'équateur
Ces analyses montrent que les communautés microbiennes planctoniques des eaux chaudes sont plus riches en espèces et disposent d'un grand pool génétique. C'est la raison pour laquelle les microbes des mers chaudes sont plus flexibles : en tant que communauté, ils peuvent activer ou désactiver différents gènes en cas de besoin et adapter ainsi leur métabolisme plus rapidement et en fonction de la situation à des températures d'eau plus élevées.
Les communautés microbiennes des mers polaires plus froides, au nord ou au sud du 60e parallèle, sont en revanche plus pauvres en espèces et moins diversifiées génétiquement. Il est donc plus difficile pour ces communautés de s'adapter à des températures de l'eau plus élevées. "Nos résultats indiquent qu'elles pourraient être plus spécialisées dans leur niche spécifique. Il se peut donc qu'elles aient une capacité moindre à adapter leurs processus métaboliques à des températures de l'eau plus chaudes, telles qu'elles appara?tront également dans les eaux polaires à la suite du changement climatique", explique Sunagawa. Pour cette raison, les microbes des mers froides pourraient un jour être supplantés par la concurrence des océans plus chauds.
Le facteur moteur de la température
C'est également ce qu'indique une deuxième publication, également parue aujourd'hui dans "Cell", dont Sunagawa et son collaborateur scientifique Guillem Salazar sont les coauteurs. Dans cette étude, des chercheurs dirigés par Lucie Zinger et Chris Bowler du CNRS et de l'ENS, Paris, ont examiné la répartition et la distribution mondiale de différents groupes d'espèces importants du plancton, y compris les virus, les eucaryotes unicellulaires et le matériel animal.
Ils montrent que le plancton, bien qu'il vive dans un écosystème cohérent, est inégalement réparti. La plus grande diversité des espèces biodiversité se trouve dans les mers non polaires, mais la diversité diminue à mesure que l'on se rapproche des p?les.
Cette diminution co?ncide avec des changements abrupts des conditions chimiques et physiques dans les eaux de surface. Ainsi, la composition et les quantités des communautés microbiennes de ces trois zones varient également. "Là encore, la température est le facteur déterminant qui contr?le la diversité des espèces biodiversité des communautés planctoniques", explique Zinger. Les mers septentrionales sont d'importantes zones de pêche. Elles se basent sur l'état actuel du plancton, qui est à la base de toutes les cha?nes alimentaires marines. Si la composition du plancton change, la base alimentaire des poissons et des autres espèces marines supérieures, mais aussi de l'homme, pourrait se modifier massivement.
Le changement climatique modifie la composition
Les conséquences du réchauffement global de l'eau de mer, en particulier dans les régions polaires, sur l'ensemble de l'écosystème ne sont pas encore prévisibles. Mais Sunagawa pense qu'elles sont plus négatives que positives et souligne que les effets écologiques d'autres facteurs dépendant de la température, comme l'appauvrissement en oxygène et l'acidification des mers, doivent être mieux compris. En tant que chercheur en analyses à forte intensité de données, il est donc favorable à des projets con?us pour une observation multidisciplinaire et à long terme des océans du monde.
Les études du consortium de recherche se basent sur plusieurs expéditions menées par la fondation fran?aise Tara Ocean entre 2009 et 2013. Plus de 120 chercheurs y ont participé et ont prélevé du plancton dans les eaux de surface et jusqu'à 1000 mètres de profondeur sur 210 sites le long de différentes transsections à travers tous les océans du monde. L'objectif de ces expéditions était d'étudier les écosystèmes planctoniques dans le contexte du changement climatique.
Références bibliographiques
Salazar G et al. Gene Expression Changes and Community Turnover Differentially Shape the Global Ocean Metatranscriptome. Cell (2019), publié en ligne le 14 novembre 2019. doi : site externe10.1016/j.cell.2019.10.014
Ibarbalz FM et al. Global trends in marine plankton diversity across kingdoms of life. Cell (2019), publiée en ligne le 14 novembre 2019, doi : site externe10.1016/j.cell.2019.10.008