Atmosphère

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

1 mars 2024 by osuadmin

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

12 décembre 2023 by osuadmin

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 ?

21 novembre 2023 by osuadmin

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)

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

18 décembre 2017 by osuadmin

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

21 novembre 2017 by osuadmin

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

Le cycle caché de l’oxygène au sein des Zones de minimum d’oxygène (OMZ)

17 septembre 2017 by osuadmin

Dans de larges régions des océans tropicaux appauvries en oxygène (les Zones de minimum d’oxygène ou OMZ), une variation, même faible, de la concentration en oxygène induit d’importants changements de la diversité microbienne et des cycles biogéochimiques. Dans le cade du projet AMOP (Activités de recherche dédiées au minimum d’oxygène dans le Pacifique), une équipe internationale comprenant des chercheurs français du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD) et de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) a montré pour la première fois, à partir de campagnes dans le Pacifique oriental (Pérou, Mexique), que de l’oxygène était produit à quelques dizaines de mètres sous la surface sans être néanmoins directement observable. En effet, cette production d’oxygène ne s’accumule pas, car elle active des processus microbiens qui la consomment aussitôt.

Situées entre quelques dizaines et 1000 m de profondeur dans l’océan Indien Nord et le Pacifique Est, les OMZ représentent 7 % du volume océanique total. Elles s’étendent en réponse au réchauffement climatique, car globalement moins ventilées du fait de l’augmentation de la stratification et de la diminution de la solubilité de l’oxygène. Or, les OMZ constituent des habitats où s’abritent les micro-organismes qui vivent sans oxygène et dont le métabolisme contribue aux cycles globaux des nutriments, par exemple à hauteur de 30 à 50% de l’azote que l’océan perd sous forme gazeuse. Le paradigme traditionnel considère que la production primaire de surface alimente en substrats les processus microbiens des OMZ.

Cartes de stations représentatives de la présence d’un Maximum Secondaire de Chlorophylle (SCM) durant les campagnes AMOP au large du Pérou (RV L’Atalante) et OMZoMBiE2 au large du Mexique (RV New Horizon) en 2014. Tiré de Garcia-Robledo et coll. (2017)
*Crédit : Ocean data view*

Cette étude au large du Mexique et du Pérou, basée en particulier sur la campagne AMOP (Activités de recherche dédiées au minimum d’oxygène dans le Pacifique Est), démontre que des pics de chlorophylle profonds (entre 20 et 120 m) sont photosynthétiquement actifs et rejettent des quantités significatives d’oxygène dans l’OMZ.

Dispositif d’incubation permettant de mesurer l’activité des colonies bactériennes dans des échantillons à très faibles teneurs d’oxygène durant la campagne AMOP à bord de L’Atalante.
*Crédit : Aurélien Paulmier, LEGOS/OMP*

Ce travail, qui a nécessité une approche couplant incubations à bord et mesures de teneurs ultra-faibles d’oxygène, révèle que l’oxygène produit durant le jour dans la couche supérieure de l’OMZ est associé à une communauté bactérienne spécifique, les Prochlorococcus spp. Cet oxygène est rapidement consommé, en réponse à l’activation de métabolismes microbiens aérobies comme l’oxydation des nitrites, maintenant ainsi l’oxygène à des concentrations indétectables par les techniques conventionnelles. Les OMZ sont donc le siège d’un cycle caché de l’oxygène. La production ou l’intrusion d’oxygène est potentiellement compensée ou masquée par sa consommation quasi immédiate, reflétant en conditions d’apparente anoxie le couplage étroit entre l’apport d’oxygène et son utilisation par les processus aérobies. Le renouvellement de l’oxygène et les taux de fixation de carbone sont comparables à ceux reportés pour les autres processus des OMZ recyclant les particules organiques par réduction des nitrates et des sulfates. Ceci suggère le rôle important du cycle interne de l’oxygène dans les transformations de la matière et l’énergie au sein des OMZ.