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Atmosphère

L’indexation des données brutes de séquençage pour mieux déchiffrer le vivant

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Les grands projets de séquençage sont fondamentaux pour mieux comprendre le vivant dans différents domaines (santé, agronomie, écologie). Les avancées technologiques ont permis d’atteindre une taille considérable de données brutes de séquençage (lectures de séquences). Le service européen « European Nucleotide Archive » contient actuellement près de 50 Petaoctets de données brutes publiques.

Une équipe de chercheurs du CNRS Terre & Univers, en collaboration avec plusieurs laboratoires de recherche, a utilisé des k-mers (mots de taille k) pour créer une notion de mot dans les données brutes de séquençage. Cette solution d’indexation a ainsi permis d’interroger plusieurs dizaines de téraoctets de données de séquence issues du projet Tara Oceans. Le serveur web public Ocean Read Atlas (ORA), développé pour ce propos, permet d’interroger directement plusieurs jeux de données du consortium Tara Oceans prélevés sur tous les océans du globe. À l’aide d’une ou plusieurs séquences, il est possible d’identifier la présence de séquences similaires sous forme de carte et de graphique interactifs (voir figure 1) dans les stations de prélèvement en fonction de leurs propriétés environnementales (température, salinité, oxygène, etc.).

Auparavant, une requête de 1000 séquences nécessitait plusieurs semaines de calculs sur des supercalculateurs, la réponse est désormais instantanée avec ORA sans compresser la structure des données. Cette étude ouvre ainsi de nouvelles perspectives dans le domaine de la génomique et l’écologie numérique grâce à l’accès et l’exploitation des dizaines de téraoctets de données génétiques. Ce modèle d’indexation de données de séquençage sera utilisé pour les campagnes océanographiques BioSWOT-Med et APERO.

Figure 1. Carte de la répartition biogéographique des séquences partageant les k-mers contenus dans la séquence du gène appelé nifH de l’espèce Pseudodesulfovibrio profundus.© Institut Méditerranéen d'Océanologie (MIO)
Figure 1. Carte de la répartition biogéographique des séquences partageant les k-mers contenus dans la séquence du gène appelé nifH de l’espèce Pseudodesulfovibrio profundus.© Institut Méditerranéen d’Océanologie (MIO)

 

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/lindexation-des-donnees-brutes-de-sequencage-pour-mieux-dechiffrer-le-vivant

Mercure hydrothermal : l’histoire naturelle d’un contaminant

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Une équipe internationale de chercheurs, coordonnée par le CNRS (voir encadré), a établi la première estimation mondiale des émissions hydrothermales de mercure (Hg) provenant des dorsales médio-océaniques. La Convention de Minamata sur le mercure de l’ONU vise à réduire l’exposition humaine au mercure toxique à travers la réduction des émissions anthropiques. Nous sommes principalement exposés via la consommation de poissons qui bioaccumulent le Hg de l’océan. Le paradigme actuel est que les émissions anthropiques de mercure (actuellement 3 100 t an-1) sont à l’origine de l’augmentation du réservoir océanique mondial de mercure de 21 %. Cette estimation est erronée car nous ne savons pas quelle quantité de mercure naturel résidait dans l’océan avant le début des émissions anthropiques.

Nous ne sommes également pas en mesure de quantifier l’impact des émissions anthropiques sur les niveaux de Hg chez des poissons. L’hydrothermalisme est la seule source directe de Hg naturel vers l’océan. Des études antérieures, basées uniquement sur les mesures des fluides hydrothermaux, suggéraient que les apports du Hg hydrothermal pourraient se situer entre 20 et 2 000 t an-1. Cette nouvelle étude a utilisé, en plus des mesures de fluides, des mesures de panaches hydrothermaux, d’eaux de mer et de carottes de roches provenant de la source hydrothermale Trans-Atlantic Geotraverse (TAG) sur la dorsale médio-atlantique.

La combinaison des observations suggère que la majorité du Hg enrichi dans les fluides, serait diluée dans l’eau de mer et qu’une petite fraction précipiterait localement. Une extrapolation des résultats indique que le flux hydrothermal global de Hg provenant des dorsales médio-océaniques est faible (1,5 à 65 t an-1) par rapport aux missions anthropiques de Hg. Bien que cela suggère que la majeure partie du Hg, présent dans l’océan, est d’origine anthropique, cela laisse également espérer que la mise en œuvre stricte des réductions d’émissions, dans le cadre de la Convention de Minamata, réduira les niveaux de mercure des poissons et l’exposition des humains.

Le CO2 atmosphérique lié à la ventilation des eaux océaniques ?

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La ventilation des eaux océaniques profondes, riches en carbone, peut fortement affecter le CO2 atmosphérique, mais son histoire à l’échelle millénaire est mal connue. 

Les mesures des paléo-concentration de CO2 atmosphérique effectuées dans les bulles d’air des carottes de glaces polaires présentent – pour les stades froids (stadials) de l’Atlantique Nord , de durée millénaire – des tendances contrastées énigmatiques (hausses, baisses ou stabilité). Cet article présente un enregistrement – à haute résolution et bien daté sur les derniers 150 000 ans –  des variations de l’acidité des eaux profondes de l’Atlantique Nord. Il révèle pour les stades froids, cinq modes de ventilation océanique et leurs conséquences pour le stockage du carbone par l’océan et pour les variations de concentration en CO2 atmosphérique. 

Nos données (ratio Bore/Calcium, proxy de l’ion carbonate (CO3(2-)) mesuré sur une espèce de foraminifère benthique, au long d’une carotte sédimentaire de la marge ibérique) démontrent que lors des stades associés à une forte augmentation du CO2 atmosphérique, l’océan Austral fortement ventilé a libéré de fortes quantités de carbone issu de ses eaux profondes. D’autres stades froids ont été caractérisés par une faible ventilation des océans austral et atlantique nord, ce qui favorisait l’accumulation de carbone dans l’océan profond, ralentissant le transfert de CO2  à l’atmosphère, ou l’inversant, avec pour conséquence une baisse du CO2 atmosphérique. 

Cet article démontre qu’à l’échelle millénaire le stockage de carbone par l’océan et la teneur en CO2 atmosphérique sont modulés par plusieurs modes de ventilation océanique résultant de l’interaction des deux régions polaires, et non pas du seul océan austral.

J. Yu, R. F. Anderson, Z. D. Jin, X. Ji, D. J. R. Thornalley, L. Wu, N. Thouveny, Y. Cai, L. Tan, F. Zhang, L. Menviel, J. Tian, X. Xie, E. J. Rohling & J. F. McManus.

 

Photos © Archives IPEV (Institut polaire Paul-Emile VICTOR)

Découvrez le nouvel ouvrage « Mangrove. Une forêt dans la mer »

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Savez-vous que les mangroves sont des puits de carbone qui absorbent de grandes quantités de CO2 ? Qu’elles peuvent servir de filtres ou d’éponges face aux pollutions humaines ? Cet écosystème complexe fait l’objet d’un ouvrage « Mangrove. Une forêt dans la mer », rédigé par des chercheurs issus des laboratoires du CNRS ou associés. Publié par le cherche midi, en partenariat avec le CNRS, ce livre grand public paraît le 2 février 2018 en librairie. Il nous invite à poser un regard nouveau sur cette forêt secrète, dont la préservation devient un enjeu écologique mondial.

La mangrove, cette forêt entre terre et mer qui borde les littoraux tropicaux, a longtemps été perçue comme un milieu hostile ou inutile… Elle renvoie aussi à un puissant imaginaire des tropiques qui a inspiré bon nombre de nos plus grands écrivains. Cet écosystème, complexe, abrite les palétuviers capables de vivre les pieds dans l’eau salée, des poissons pouvant respirer hors de l’eau, des crabes ingénieurs et une multitude de bactéries indispensables au recyclage de la matière organique. Aujourd’hui, confrontée à la crevetticulture, aux coupes de bois, à la pollution mais aussi sous l’emprise directe des changements climatiques, cette mangrove, grignotée de toute part, est en danger.

Cet ouvrage, rédigé par des chercheurs spécialistes du milieu, nous montre combien sa préservation devient un enjeu écologique mondial tant cet écosystème contribue à l’équilibre des littoraux tropicaux et à ceux de la planète tout entière.

Sait-on par exemple que ces forêts maritimes jouent le rôle de puits de carbone en absorbant de grandes quantités de CO2 ? Qu’elles peuvent servir de filtres ou d’éponges face aux pollutions humaines ? Qu’elles constituent un rempart contre les tempêtes ou les tsunamis ? Un livre qui nous invite à poser un regard nouveau sur cette forêt si secrète au cœur des enjeux écologiques tropicaux.

MangroCouverture "Mangrove, une forêt dans la mer"ve Une forêt dans la mer En librairie à partir du 2 février 2018, le cherche midi, en partenariat avec le CNRS Un ouvrage collectif illustré sous la direction de François Fromard, Emma Michaud, Martine Hossaert-McKey. 168 pages – 24,90 €

Dans la même collection : Biodiversités (2010), Mondes polaires (2012), Écologie chimique (2012), Mondes marins (2014), Écologie tropicale (2015), Empreinte du vivant (2015) et Écologie de la santé (2017).

Les diatomées : une capacité sous-estimée à stocker le carbone dans l’océan profond

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Les océans, en absorbant une partie du CO2 présent dans l’atmosphère, contribuent à réguler le climat à l’échelle mondiale. Par photosynthèse, les micro-algues des eaux de surface transforment ce CO2 en carbone organique. Celui-ci est ensuite transféré vers l’océan profond où il est séquestré pour plus d’un siècle. Dans ce transfert qui constitue une véritable « pompe biologique de carbone », les diatomées (micro-algues à carapace siliceuse) jouent un rôle essentiel. Une équipe internationale 1, menée par des chercheurs de l’Institut universitaire européen de la mer (UBO, CNRS, IRD), a montré que le transfert de carbone dans l’océan profond dû aux diatomées avait été sous-estimé. Les scientifiques révèlent également que toutes les espèces de diatomées n’ont pas le même potentiel dans ce transfert. Enfin, ils démontrent que les prédictions du devenir des diatomées dans l’océan du futur reposent sur des modèles trop simplifiés du système océan. Cette étude, qui combine des approches novatrices pluridisciplinaires, est parue dans la revue Nature Geoscience, le 18 décembre 2017.

1. Laboratoire des sciences de l’environnement marin (LEMAR, UBO/CNRS /IRD/Ifremer) de l’Institut universitaire européen de la mer (IUEM, UBO/CNRS/IRD), Institut de biologie de l’Ecole Normale Supérieure (IBENS, CNRS/ENS Paris/Inserm), Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE, UVSQ/CNRS/CEA) et Laboratoire d’océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN, UPMC/CNRS/MNHN/IRD) à l’Institut Pierre Simon Laplace (IPSL), Evolution Paris Seine (CNRS/UPMC), Laboratoire d’océanographie de Villefranche (LOV, UPMC/CNRS), Institut méditerranéen d’océanologie (MIO, CNRS/IRD/AMU/Université de Toulon), Massachusetts Institute of Technology (DEAPS), en coopération, la SZN (Italie), la SFSU (Etats-Unis) et la MAU (Canada)..

Pollution atmosphérique en Méditerranée occidentale

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Pour la première fois, une équipe internationale 1 de chercheurs de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) et du Laboratoire de chimie de l’environnement (CNRS / AMU) ont réalisé une analyse comparative de l’occurrence atmosphérique des polluants organiques persistants au niveau des marges africaines et européennes de la Méditerranée occidentale. Cette étude met en évidence une pollution différenciée entre Bizerte (Tunisie) et Marseille (France), dépendant de la nature des polluants.

Il est admis que la mer Méditerranée est largement impactée par les polluants organiques persistants (POPs), mais leurs effets sur les écosystèmes et le cycle du carbone sont encore peu étudiés. La présence atmosphérique de POPs sur la côte nord-ouest de la Méditerranée africaine est quant à elle très mal documentée. Par ailleurs, des observations comparatives sur les marges africaine et européenne de la mer Méditerranée n’avaient encore jamais été réalisées.

Des échantillons d’aérosols atmosphériques, collectés simultanément en 2015 – 2016 dans deux villes côtières de référence, en Afrique (Bizerte, Tunisie) et en Europe (Marseille, France), ont été analysés pour 62 contaminants organiques toxiques appartenant aux trois plus importantes familles de POPs :

  • les polychloro dibenzo-p-dioxines et les dibenzofuranes (PCDD/Fs), connus sous le nom générique de « dioxines » et produits dans les processus de combustion ;
  • les polychlorobiphényles (PCBs), considérés comme des contaminants industriels classiques ;
  • les polybromodiphényléthers (PBDE) qui, contrairement aux PCDD/Fs et aux PCBs, sont considérés comme une première génération de « contaminants émergents » (seulement récemment interdits) et plus associés à la période actuelle.
Représentation des apports atmosphériques
Représentation des apports atmosphériques des PCDD/Fs, des PCBs et des PBDEs à Bizerte (en jaune) et Marseille (en bleu) et du transfert éventuel de l’Europe vers l’Afrique des stocks atmosphériques de PBDEs en mer Méditerranée côtière du Nord-Ouest (une des hypothèses proposées).
Crédit : MIO

L’étude révèle des valeurs médianes 2 de concentrations et d’apports atmosphériques des dioxines et des PCBs plus élevées du côté africain (exposition potentielle plus élevée), tandis que les niveaux médians de concentrations et d’apports des PBDE « émergents » sont plus élevés du côté européen. Par ailleurs, bien que des sources locales sur le bord nord-ouest méditerranéen de l’Afrique ne soient pas écartées, les auteurs avancent comme hypothèse un éventuel transfert de l’Europe vers l’Afrique des stocks atmosphériques de PBDE (ceci reste à confirmer avec des observations supplémentaires).

Ce travail répond à un objectif majeur du programme MERMEX-MERITE/MISTRALS d’études sur l’intercomparaison des produits chimiques toxiques sur les côtes africaines et européennes de l’ouest de la Méditerranée. Réalisé sous la responsabilité du MIO et dans le cadre global du Labex OT-MED (MEDPOP), ce travail est le fruit d’une collaboration avec plusieurs laboratoires espagnols et tunisiens dans le cadre du LMI-Cosysmed de l’IRD. D’autres travaux sur l’impact de ces contaminants sur les écosystèmes marins sont en cours au MIO.

1. Les institutions étrangères impliquées sont l’université de Carthage (Tunisie) et l’Institute of organic chemistry - CSIC (Espagne).
2. Valeur centrale de la série de données