Une nouvelle étude menée par des chercheurs du Bigelow Laboratory for Ocean Sciences suggère qu’une petite fraction des micro-organismes marins est responsable de la majeure partie de la consommation d’oxygène et de la libération de dioxyde de carbone dans l’océan. Cette surprenante découverte, publiée dans La natureest issu d’une nouvelle méthode qui fournit un aperçu sans précédent de ces organismes qui aident à régir les échanges complexes de dioxyde de carbone entre l’atmosphère et l’océan.
Treize chercheurs du laboratoire Bigelow, de l’Université de Vienne, de l’Institut espagnol d’océanographie et de l’Université Purdue ont co-écrit l’étude qui a examiné les microbes marins appelés procaryoplancton, un vaste groupe de bactéries et d’archées qui constituent plus de 90 % des cellules de l’océan. L’équipe a découvert que moins de trois pour cent des cellules procaryoplancton représentaient jusqu’à un tiers de tout l’oxygène consommé par le groupe.
« Cela a de grandes implications pour notre compréhension du fonctionnement des cycles du carbone dans l’océan », a déclaré le co-auteur principal Jacob Munson-McGee, chercheur postdoctoral au Bigelow Laboratory. « Si ces processus sont dominés par une petite fraction de microbes, c’est un changement majeur par rapport à la façon dont nous pensons actuellement à ce processus océanique fondamental. »
Le procaryoplancton utilise la matière organique pour générer de l’énergie par un processus appelé respiration cellulaire, qui consomme de l’oxygène et libère du dioxyde de carbone. Pour estimer la quantité de microbes marins qui respirent, les chercheurs ont généralement divisé la somme de leur respiration par le nombre de microbes. Cependant, cette approche ne tient pas compte des types d’organismes extrêmement divers qui composent le procaryoplancton marin, chacun pouvant fonctionner différemment. La nouvelle étude met en lumière certaines de ces différences et soulève de nouvelles questions.
« Nous voyons mille fois la différence d’un type de microbe à un autre », a déclaré le chercheur principal Ramunas Stepanauskas, qui a dirigé le projet. « La partie déroutante est que les microbes qui consomment la plupart de l’oxygène et libèrent la plupart du dioxyde de carbone ne sont pas les dominants dans les océans. D’une manière ou d’une autre, les organismes qui ne respirent pas beaucoup réussissent mieux, et c’est assez déroutant. »
L’équipe pense que le procaryoplancton le plus prolifique peut tirer de l’énergie de la lumière du soleil, ce qui expliquerait leur abondance dans les écosystèmes océaniques ouverts.
Pour comprendre ces organismes unicellulaires, l’équipe a développé une nouvelle méthode pour relier les fonctions et les codes génétiques des cellules individuelles. Les gènes d’un organisme sont le modèle de ce dont il est capable – pas nécessairement ce qu’il fait. En reliant les fonctions et les gènes d’une cellule, les chercheurs ont pu mieux comprendre les rôles environnementaux uniques des microbes.
La nouvelle méthode utilise des sondes fluorescentes pour observer ce que font réellement les procaryoplanctons. Les chercheurs ont appliqué une sonde aux microbes qui les ont colorés en fonction de leur activité. Plus ils respiraient, plus ils devenaient brillants. Ils ont ensuite mesuré ce signal fluorescent et l’ont utilisé pour trier les cellules en vue d’une analyse génétique ultérieure.
Pour l’étude Nature, les scientifiques ont appliqué la technique au procaryoplancton du golfe du Maine, ainsi qu’à plusieurs endroits de l’océan Atlantique, de l’océan Pacifique et de la mer Méditerranée.
« Quand je pense à ce que cette nouvelle méthode peut faire, c’est assez excitant », a déclaré la scientifique postdoctorale Melody Lindsay, qui a aidé à diriger le développement de la technique et est co-auteur principal du nouvel article. « Cela nous permet de poser des questions détaillées à un niveau incroyablement sensible. Nous pouvons l’utiliser pour voir de quoi les organismes unicellulaires sont capables et même l’utiliser pour explorer la vie dans des endroits peu étudiés comme la mer profonde ou potentiellement sur d’autres planètes. »
Il y a des milliards de cellules procaryoplancton dans chaque gallon d’eau de mer, représentant des millions d’espèces dans l’océan qui n’ont pas encore été étudiées en profondeur. Cette recherche pourrait aider à alimenter des modèles informatiques qui ont besoin d’informations précises sur le rôle des micro-organismes dans les processus mondiaux du carbone, y compris le changement climatique.
« Je suis constamment étonné par la diversité des microbes », a déclaré Munson-McGee. « La communauté scientifique sait depuis un certain temps que les microbes sont incroyablement distincts sur le plan génétique, mais nous commençons à peine à comprendre la complexité de leurs fonctions réelles. C’est un autre rappel de la façon dont les microbes sont remarquables. »
