L’étude examine comment les bactéries marines sont adaptées pour consommer le carbone produit par les deux principaux types de phytoplancton photosynthétique dans les océans (diatomées et cyanobactéries), ce qui a des implications pour notre compréhension de la séquestration du carbone dans l’océan actuel et futur. Crédit : Michelle Zatcoff
La matière organique dissoute marine, qui provient du phytoplancton, contient autant de carbone que l’atmosphère terrestre, mais les processus biologiques régissant son devenir sont principalement étudiés dans des conditions de laboratoire idéalisées ou par des mesures indirectes telles que le séquençage du génome.
Dans une nouvelle recherche menée par un scientifique du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et des collaborateurs de l’Oregon State University et du Oak Ridge National Laboratory, l’équipe a utilisé une technique relativement nouvelle pour quantifier directement l’absorption de bassins de carbone complexes provenant des deux principales sources de carbone organique marin ( diatomées et cyanobactéries) par une communauté microbienne naturelle. L’œuvre apparaît dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
La recherche est une étape importante vers la prévision ultime de la quantité de carbone qui quittera l’océan et se retrouvera dans l’atmosphère et quelle quantité finira enfouie dans les sédiments marins.
“Nous fournissons des informations fonctionnelles sur l’activité des microbes pendant les proliférations de phytoplancton marin”, a déclaré Xavier Mayali, scientifique du LLNL et co-auteur de l’étude.
“Nos recherches montrent que différentes espèces de microbes dans l’océan sont très particulières, mais prévisibles dans les sources de nourriture qu’elles préfèrent consommer”, a déclaré Ryan Mueller, professeur agrégé au département de microbiologie de l’OSU et responsable de l’étude. « Alors que le changement climatique mondial continue de modifier les environnements océaniques à un rythme rapide, la disponibilité des sources de nourriture pour les microbes changera également, favorisant finalement certains types par rapport à d’autres. »
Le phytoplancton est un organisme microscopique à la base de la chaîne alimentaire de l’océan et un élément clé d’une pompe à carbone biologique critique. La plupart flottent dans la partie supérieure de l’océan, où la lumière du soleil peut facilement les atteindre.
Les minuscules plantes ont un effet important sur les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère en l’aspirant pendant la photosynthèse. C’est un puits naturel et l’un des principaux moyens d’éliminer le CO2, le gaz à effet de serre le plus abondant, de l’atmosphère ; Le CO2 atmosphérique a augmenté de 40 % depuis l’aube de l’ère industrielle, contribuant fortement au réchauffement de la planète.
La surface de l’océan stocke presque autant de carbone qu’il en existe dans l’atmosphère que de dioxyde de carbone. Alors que l’océan attire le dioxyde de carbone atmosphérique, le phytoplancton utilise le CO2 et la lumière du soleil pour la photosynthèse : ils les convertissent en sucres que les cellules peuvent utiliser pour produire de l’énergie, produisant ainsi de l’oxygène. Ce carbone est finalement utilisé par d’autres microbes et organismes supérieurs du réseau trophique marin et peut éventuellement être reconverti en CO2 atmosphérique par la respiration ou couler au fond de l’océan lorsqu’ils meurent.
L’équipe a utilisé l’étiquetage des isotopes stables pour suivre le carbone au fur et à mesure qu’il se frayait un chemin dans la matière organique produite par le phytoplancton et, finalement, les microbes qui le consomment.
L’équipe a utilisé ces isotopes pour déterminer quels organismes mangeaient des diatomées et lesquels consommaient des cyanobactéries. Les chercheurs pourraient également dire quand la consommation se produisait – par exemple, parfois les cellules du phytoplancton excrètent lentement le carbone (par un processus appelé exsudation) ou quand elles s’ouvrent (un processus appelé lyse cellulaire).
“Nos résultats ont des implications importantes pour comprendre comment les microbes marins et les algues photosynthétiques fonctionnent ensemble pour avoir un impact sur le cycle mondial du carbone et comment ce réseau trophique océanique peut réagir aux changements environnementaux continus”, a déclaré Brandon Kieft, un étudiant diplômé de Mueller maintenant à l’Université de la Colombie-Britannique. . “Cela nous aidera à prédire combien de carbone retournera dans l’atmosphère et combien sera enfoui dans les sédiments marins pendant des siècles.”
Référence : « Les exsudats et lysats de phytoplancton soutiennent des consortiums microbiens distincts avec des traits métaboliques et écophysiologiques spécialisés » par Brandon Kieft, Zhou Li, Samuel Bryson, Robert L. Hettich, Chongle Pan, Xavier Mayali et Ryan S. Mueller, 7 octobre 2021, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2101178118
La recherche a été financée par l’Initiative de biologie marine de la Fondation Gordon et Betty Moore.
