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Biodiversité

La fonte des glaciers au service de l’océan austral ?

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La faible disponibilité en fer limite l’absorption du CO2 atmosphérique par la pompe biologique de l’Océan Austral. Or, les apports combinés en matière organique et en minéraux des eaux de fonte des glaciers sont des sources en fer hautement biodisponible1 pour le phytoplancton de cette région. C’est ce que démontre l’étude menée par une chercheuse d’un laboratoire CNRS-Insu (voir encadré), à partir d’échantillons collectés pendant la circumnavigation Antarctique2.

L’article dévoile que le devenir de ce fer peut rapidement évoluer une fois relargué dans l’océan. Par exemple, dans la polynie3 du glacier Mertz4 , le fer est particulièrement biodisponible pour le phytoplancton aux abords directs du glacier mais à quelques encablures de là, il devient quasiment inaccessible. La concentration en fer dissous5 est pourtant similaire aux deux endroits. La quantification des formes biodisponibles de fer, établie sur des profils allant jusqu’à 500 m de profondeur, confirme un lien faible entre concentration en fer dissous et son absorption par l’organisme modèle utilisé (Phaeocystis antarctica) par l’étude. Ces résultats remettent en question le consensus sur l’utilisation seule des concentrations en fer dissous pour prédire la production primaire en Océan Austral.

En revanche, les auteurs décrivent une relation encore inexpliquée entre les isotopes du fer, les ligands du fer et sa biodisponibilité, et ouvrent de nouvelles perspectives de recherche pour mieux comprendre la biogéochimie de cet élément. Finalement, les auteurs concluent qu’après 30 années de recherche, la complexité de la biodisponibilité du fer en milieu marin reste un mystère à résoudre.

Cette réalité contraste de manière frappante avec la simplicité avec laquelle les études de bioingénierie vantent l’ensemencement en fer comme une solution efficace pour capter le CO2 par le phytoplancton océanique.

Laboratoire CNRS impliqué
Institut Méditerranéen d’océanologie (MIO – PYTHEAS)
Tutelles : AMU / CNRS / IRD / Université de Toulon

1. Un élément biodisponible est un élément chimique disponible pour les organismes vivants (bactéries, plantes) qui peut donc être assimilé par un organisme comme ici le phytoplancton.
2. Mission ACE, Swiss Polar Institute : https://swisspolar.ch/expeditions/ace/
3. Une zone, en Arctique ou en Antarctique, qui reste libre de glace ou couverte d'une couche de glace très mince, au milieu de la banquise.
4. Situé en Antarctique de l’est.
5. Paramètre utilisé dans les modèles climatologiques pour contraindre la production primaire.

Intelligences animales et végétales…

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Livres, films, revues ou encore sites internet … les végétaux font depuis quelque temps beaucoup parler d’eux. On aborde leur façon originale de communiquer et on s’interroge même sur leur intelligence ! Mais lorsqu’on parle des végétaux, il n’y a pas que la communication qui peut être intéressante. Savez-vous qu’ils peuvent s’associer à des champignons, des insectes…? Qu’ils possèdent, pour certains, des techniques de reproduction très élaborées basées sur la tromperie ? … Du côté animal, il est souvent plus simple d’admettre leur intelligence, mais que savons-nous de leur façon de communiquer ? De leurs stratégies pour résoudre des problèmes ? De leur culture ?

Pouvons-nous alors considérer qu’animaux et végétaux sont dotés d’intelligence ? Que vous soyez convaincus ou non, nous vous retrouvons pour en discuter autour de 6 thèmes spécifiques :

S’inspirer de la nature : le 25 mai, à la Fabulerie, Marseille Une question de sensibilité : le 30 mai, à l’Espace Van Gogh, Arles Des stratèges de la séduction à la reproduction : le 14 juin, à la Fabulerie, Marseille Le langage de la nature : le 20 juin, à l’ESPE, Aix-en-Provence S’outiller ou s’entraider ? Le 28 juin, aux archives départementales, Marseille L’union fait-elle la force ? Le 4 juillet, à la cité du livre, Aix-en-Provence

Les rencontres débuteront à 18:30, deux experts aborderont le thème de la soirée avec leur propre approche scientifique, l’un sur le monde végétal, l’autre sur le monde animal. Après leurs interventions, une discussion sera engagée avec le public afin de voir dans quelles mesures les capacités dont font preuve animaux et végétaux, peuvent être assimilées à de l’intelligence.

La nature est pleine de surprises ! L’humain a de tout temps puisé son inspiration en l’observant. Dans le contexte actuel, il est plus que nécessaire que nous continuions dans cette voie. Pour en apprendre plus, rendez-vous à Marseille, Aix-en-Provence et Arles à partir du 25 mai 2018 !

Visite de la ville de Marseille à Moscou

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Les 30 et 31 mai 2018, dans le cadre de la mission de la ville de Marseille à Moscou, deux représentants d’AMU se sont joints à la délégation conduite par M. Jean Roatta, adjoint au maire de Marseille délégué aux relations internationales et à la coopération euro-méditerranéenne. Cette mission organisée en réponse à l’invitation de M. Sergey Chermine, ministre de l’économie du gouvernement de la ville de Moscou avait pour objectif la promotion économique du territoire Marseille – Provence auprès des partenaires économiques moscovites. Cette 1ère visite officielle de la ville de Marseille à Moscou témoigne d’une coopération forte avec Aix-Marseille Université comme acteur du territoire lors des missions à l’étranger des délégations de la ville de Marseille.

La mission à Moscou a permis à AMU de renforcer les liens de coopération déjà existants avec l’Université d’Etat de Moscou – Lomonosov (MGU) comprenant la préparation conjointe de projets de recherche franco-russe en biologie marine et le développement des échanges académiques dans les thématiques de la biodiversité, l’écologie et l’environnement (OSU-PYTHEAS) valorisées par les initiatives passées de la ville de Marseille dans ce domaine (forum de l’eau en 2014). En matière d’innovation technologique, des contacts ont été pris avec la société Super Ox Europe travaillant sur la supra conductivité et l’efficacité énergétique, ainsi qu’avec le centre de données en biotechnologie et en biomédecine de la nouvelle technopôle « Skoltech ».

 

Diatomées pico- et nano-planctoniques : une importance sous-estimée dans les cycles biogéochimiques océaniques

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Les diatomées sont l’un des principaux groupes de producteurs primaires des océans, responsables chaque année d’environ 20 % du CO2 fixé par photosynthèse sur Terre. Si dans les modèles biogéochimiques, elles sont généralement assimilées au microphytoplancton (20-200 µm), il existe de nombreuses diatomées appartenant au nano- (2-20 μm) voire au pico- (< 2 μm) phytoplancton. En raison de leur très petite taille, elles sont difficiles à détecter par les méthodes classiques d’observation et sont très mal caractérisées. Au cours de la campagne DeWeX-MERMEX dans le nord-ouest de la Méditerranée, une équipe de chercheurs 1 a mis en évidence une floraison printanière massive en 2013 de la plus petite diatomée connue (Minidiscus). En parallèle, l’analyse des données de métagénomique acquises au cours de l’opération Tara Oceans leur a permis de révéler une présence significative à l’échelle mondiale, et largement sous-estimée jusqu’à présent, de ces petites diatomées. Les chercheurs ont aussi démontré que ces espèces pouvaient être exportées rapidement vers les zones méso- et bathypélagiques sous forme d’agrégats et que des diatomées pico- et nanoplanctoniques pouvaient ainsi localement contribuer à la pompe biologique tout en alimentant également la boucle microbienne.

Il est couramment admis que les floraisons printanières phytoplanctoniques ou celles déclenchées par le mélange turbulent conduisant à l’injection de sels nutritifs dans la couche de surface s’accompagnent d’un développement important de diatomées de moyenne et grande tailles, souvent de forme coloniale. Les chercheurs participant au programme DeWeX d’étude de l’efflorescence planctonique faisant suite à la convection hivernale profonde dans la zone de formation des eaux denses au large du golfe du Lion en Méditerranée Nord-Occidentale, s’attendaient ainsi à observer une floraison de diatomées dans la catégorie du microplancton. Suite à un mélange convectif ayant homogénéisé l’ensemble de la colonne d’eau sur 2500 m au cours de l’hiver 2012-2013, la floraison planctonique a été particulièrement intense et étendue. Une surprise de taille a été l’absence totale dans cette zone de diatomées de grande taille, remplacées lors de cet événement par une floraison de deux espèces du plus petit genre de diatomée connu à ce jour Minidiscus, de 2 à 5 μm, et atteignant des concentrations record de 6 millions de cellules L-1. Les chercheurs ont calculé qu’à certains sites, et notamment au centre de la zone de convection, cette diatomée pouvait représenter jusqu’à 30% du carbone organique particulaire total. Ces organismes n’ont pu être identifiés que grâce à la microscopie électronique à balayage, les techniques d’observation classique en microscopie inversée ne permettant pas de les reconnaître.

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Concentrations de surface de Chlorophylle a pendant le leg 2 de la campagne DeWeX en avril 2013. La zone caractérisée par l’accumulation importante de Chla correspond à une zone de formation d’eau dense. Crédit : MIO

A partir d’une représentation numérique simplifiée des conditions environnementales observées en début d’efflorescence, un modèle de dynamique phytoplanctonique organisé en niches écologiques conforte l’hypothèse que seule une mortalité plus élevée (top-down) appliquée aux diatomées de grande taille et liée à la présence de brouteurs méso-zooplanctoniques permet de reproduire la dominance de ces petites diatomées au moment de l’efflorescence printanière. En parallèle de ces observations, les premières données de Tara Océans sur la diversité des diatomées, publiées en 2016, ont révélé la présence de Minidiscus dans une grande majorité d’échantillons. Une ré-analyse des données a permis d’identifier ce genre comme étant le 20ème genre de diatomées le plus abondant dans la couche de surface et le 7ème genre le plus abondant dans la couche mésopélagique, ce qui est beaucoup plus surprenant à l’échelle globale au vu du faible nombre d’observations recensées dans la littérature.

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La diatomée Minidiscus comicus (gauche) et M. trioculatus (droite) Diatomées identifiées en microscopie électronique à balayage. Barre d’échelle 1 µm. Crédit : V. Cornet / MIO

Plusieurs résultats originaux découlent de cette étude :

  1. La mise en évidence de diatomées de taille pico- à nano-planctonique capables de former des efflorescences importantes et de contribuer significativement à la biomasse produite, dont l’importance a probablement été très sous-estimée en raison de biais d’échantillonnage et d’observation, désormais résolus par le couplage de la microscopie à balayage et de la génomique.
  2. Si ces diatomées alimentent principalement la boucle microbienne en étant reminéralisées au sein de la couche de surface, elles sont aussi capables de contribuer localement à l’export de matière particulaire par le biais de processus d’agrégation.
  3. Ces observations confirment la nécessité d’ouvrir la boîte noire « diatomées » et d’étudier le rôle de la biodiversité réelle dans la modulation des flux des éléments biogènes au sein d’un même groupe fonctionnel.
1. Les laboratoires impliqués sont les suivants : Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / IRD / AMU / Université de Toulon), Institut de biologie de l’Ecole Normale Supérieure (IBENS, CNRS / ENS, Paris / INSERM), Centre de formation et de recherche sur l’environnement marin (CEFREM, CNRS / UPVD), Laboratoire d’océanographie microbienne (LOMIC/OOB, CNRS / UPMC), Station biologique de Roscoff (SBR, CNRS / UPMC) et Institut François-Jacob (CEA).

La physique marine, chef de l’orchestre phytoplanctonique !

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Quand biologistes et physiciens de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) et de la Station biologique de Roscoff (SBR, CNRS / UPMC) ont mis en commun leurs expertises pour observer la variabilité du phytoplancton océanique à une très fine échelle spatio-temporelle

Biologistes et physiciens du MIO (Mediterranean institute of oceanography) et de la SBR ont voulu en savoir plus sur la composition de la communauté phytoplanctonique et sa variabilité associées à de petites structures dynamiques à la surface de l’océan.

Images satellite de la mer Ligure le 2 novembre 2015. À gauche la concentration en Chl-a, à droite température de surface. La zone d’étude est représentée par le cadre noir. Données issues du CMEMS-Copernicus Marine Environment Monitoring Service (http://marine.copernicus.eu/)

C’est ainsi que la campagne océanographique OSCAHR (Observing submesoscale coupling at high resolution) a vu le jour. Grâce au développement d’un logiciel (SPASSO – Software package for an adaptive satellite-based sampling for ocean campaigns) permettant de suivre en quasi-temps réel la dynamique physique de l’océan, les chercheurs ont pu cibler une structure d’eau plus froide (16°C) entourée d’eau plus chaude (18.5°C) s’étant formée en mer Ligure, entre la France, l’Italie et la Corse, début novembre 2015. Fait intéressant, l’abondance phytoplanctonique observée par satellite à l’intérieur du cœur d’eau froide était bien plus importante qu’à la périphérie. Décision a donc été prise d’aller échantillonner cette zone à bord du N/O Téthys II du CNRS/INSU, en embarquant un cytomètre en flux automatisé de dernière génération (un appareil permettant de compter une à une les cellules phytoplanctoniques) et en déployant un « poisson plongeur » (MVP Moving vessel profiler) capable d’effectuer des profils verticaux de la colonne d’eau (jusqu’à environ 300 m), toutes les milles nautiques le long du trajet du navire.

Mesures de température (SST) et de salinité (SSS) des eaux de surface pendant la campagne OSCAHR (haut). Mesures de la température et de la salinité en continu jusqu’à 300 m de profondeur acquises avec le MVP lors du transect Sud/Nord mis en évidence par le rectangle noir.
Variabilité des abondances de Prochlorococcus, Synechococcus, pico- et nano-eucaryotes mesurées toutes les 20 minutes le long du trajet du navire.

Le cytomètre automatisé a permis d’observer en temps réel et à une période de 20 minutes la composition phytoplanctonique des eaux de surface. Pour la première fois avec ce type de cytomètre embarqué, nous avons pu clairement observer et dénombrer les plus petits organismes photosynthétiques sur Terre, des cyanobactéries de type Prochlorococcus. Les trois autres groupes majoritaires observés sont les Synechococcus, les picoeucaryotes (< 2 µm) et les nanoeucaryotes (2-20 µm). De plus, grâce à la haute fréquence des observations, les propriétés physiques, chimiques et biologiques de la zone d’étude on pu être décrites, de la surface jusqu’à 300 m de profondeur, avec une résolution horizontale de l’ordre du kilomètre. La structure étudiée est caractérisée par une remontée d’eau froide au centre de la zone d’étude. Les analyses des nutriments, réalisées en flux continu par l’équipe de chimie marine de la SBR, ont mis en évidence un enrichissement associé à cette remontée. Outre la concentration plus importante en chlorophylle-a (indicateur de l’abondance phytoplanctonique), la cytométrie en flux a mis en évidence des variations importantes de l’abondance des quatre principaux groupes phytoplanctoniques entre le centre de la structure et sa périphérie.

Cette capacité à observer en quasi-temps réel la structure de la communauté phytoplanctonique à une très haute résolution ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la dynamique des océans à fine échelle. Il apparaît en effet que ces variations jouent un rôle prépondérant dans le fonctionnement des océans. Bien que mises en évidence dans des études numériques, elles étaient jusque-là largement sous-estimées du fait de l’incapacité à accéder in situ à une si fine échelle spatio-temporelle et simultanément à une gamme de paramètres environnementaux aussi complète. Ces variations observées au sein de la communauté phytoplanctonique sont principalement contrôlées par la circulation océanique à fine échelle. Notre approche multidisciplinaire s’appuyant sur les derniers progrès faits en matière de plateforme d’observation, de développement de capteurs innovant et de stratégie d’observation adaptative s’est donc révélée une avancée majeure pour enfin mieux comprendre ce qui contrôle la diversité des assemblages phytoplanctoniques à très petite échelle.

Variation du volume des picocyanobactéries Prochlorococcus et Synechococcus pendant 24h dans les eaux de surface chaudes situées en périphérie de la structure plus froide.

Enfin, en combinant un suivi lagrangien de la masse d’eau par satellite et une exploitation maximale des capacités du cytomètre automatisé, nous sommes même parvenus à observer les variations de tailles infinitésimales des deux plus abondantes espèces phytoplanctoniques, Procholorococcus et Synechococcus, au cours de la journée (Figure 4 [ICI dipositive5.png]). Ces variations nous apportent de précieuses informations sur leurs taux de croissance et de production primaire, si difficiles à obtenir in situ.

La campagne OSCAHR (Doglioli A. (2015), RV Téthys II, http://dx.doi.org/10.17600/15008800) a été financée par l’Axe Transverse AT_COUPLAGE du MIO (PIs A. Doglioli et G. Grégori) et par les projets suivants : CHROME (PI M. Thyssen, AMIDEX), BIOSWOT (PI F. d’Ovidio, TOSCA/CNES), NeXOS (PI M. Goutx, EU FP7-Research, technological development and demonstration,grant agreement No 614102), SeaQUEST (PI O. Ross, EU FP7-People) et AMICO (PI C. Pinazo, Copernicus – MEDDE).

Nous remercions l’équipage du Tethys II, le personnel de la DT INSU de La Seyne et le groupe MVP de Genavir, en particulier, J. Fenouil. Le MVP et ses capteurs ont été achetés dans le cadre du CETSM Contrat de Projet Etat-Région 2007-2013 en PACA) et de l’ANR FOCEA (ANR-09-CEX-006-01, PIs M. Zhou et F. Carlotti).

Fête de la science : Retrouvez le programme des équipes de l’OSU Institut Pythéas

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Du 7 au 15 octobre, la Fête de la Science se déploie dans la France entière et notre région n’est pas en reste.

Dans quatre Villages des Sciences – celui d’Aix-en-Provence, de l’Arbois, de Marseille et de Saint-Michel l’Observatoire – ainsi que dans d’autres villes et villages de Provence, les chercheurs des laboratoires de l’OSU Pythéas donnent plus de 60 rendez-vous aux curieux de science, petits et grands, lors d’ateliers, de conférences, d’expositions, de débats, de visites de sites…

Nos thématiques de prédilection – les sciences de l’Univers, de la Terre et de l’Environnement – s’expriment cette année d’une façon différente. En effet, la réalité augmentée s’invite afin de faire découvrir au public nos univers de recherche sous un angle nouveau, pour rendre la rencontre avec la science encore plus intéressante et intrigante. Autre nouveauté : des pièces issues des collections de l’Observatoire de Marseille.