Capacité des coccolithophores à absorber le carbone organique

Dans des recherches récentes du Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, il a été révélé que les coccolithophores, un type de phytoplancton crucial pour le cycle du carbone océan-atmosphère, peuvent survivre dans des conditions de faible luminosité en absorbant les formes organiques dissoutes de carbone, un processus connu sous le nom d’osmotrophie. Même si le taux d’absorption était lent, il offre une nouvelle compréhension du rôle que jouent ces organismes dans la séquestration du carbone dans les fonds marins et redéfinit notre perception du cycle global du carbone.

Les coccolithophores, un type de phytoplancton omniprésent dans le monde, jouent un rôle essentiel dans le cycle du carbone entre l’océan et l’atmosphère. De nouvelles recherches du Bigelow Laboratory for Ocean Sciences montrent que ces microbes vitaux peuvent survivre dans des conditions de faible luminosité en absorbant des formes organiques dissoutes de carbone, obligeant les chercheurs à reconsidérer les processus qui entraînent le cycle du carbone dans l’océan. Les résultats ont été publiés cette semaine dans la revue

La capacité à extraire le carbone de l’absorption directe du carbone organique dissous est connue sous le nom d’osmotrophie. Bien que les scientifiques aient déjà observé l’osmotrophie par les coccolithophores à l’aide de cultures cultivées en laboratoire, il s’agit de la première preuve de ce phénomène dans la nature.

L’équipe, dirigée par le chercheur scientifique principal William Balch, a entrepris ses expériences sur des populations de coccolithophores dans le nord-ouest de l’océan Atlantique. Ils ont mesuré la vitesse à laquelle le phytoplancton se nourrissait de trois composés organiques différents, chacun marqué avec des marqueurs chimiques pour les suivre. Les composés dissous ont été utilisés par les coccolithophores comme source de carbone à la fois pour les tissus organiques qui composent leurs cellules individuelles ainsi que pour les plaques minérales inorganiques, appelées coccolithes, qu’ils sécrètent autour d’eux. L’absorption des composés organiques était lente par rapport à la vitesse à laquelle le phytoplancton peut absorber le carbone par

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>photosynthèse[{“attribute=””>photosynthesis. Mais ce n’était pas négligeable.

“Les coccolithophores ne gagnent aucune” course à la croissance “en absorbant ces matières organiques dissoutes”, a déclaré Balch. “Ils sont juste en train de gagner leur vie, mais ils peuvent encore grandir, bien que lentement.”

Les plantes, comme les coccolithophores, acquièrent généralement leur carbone pour leur croissance à partir de formes inorganiques de carbone extraites de l’atmosphère comme le dioxyde de carbone et le bicarbonate par photosynthèse. Lorsque les coccolithophores meurent, ils coulent, transportant tout ce carbone vers le fond de l’océan où il peut être reminéralisé ou enterré, le séquestrant efficacement pendant des millions d’années. Ce processus s’appelle la pompe à carbone biologique.

Dans le cadre d’un processus parallèle appelé pompe à alcalinité, les coccolithophores convertissent également les molécules de bicarbonate des eaux de surface en carbonate de calcium – essentiellement du calcaire – qui forme leurs coccolithes protecteurs. Encore une fois, lorsqu’ils meurent et coulent, tout ce carbone inorganique dense est lesté sur le fond marin. Une partie se dissout ensuite en bicarbonate, « pompant » ainsi l’alcalinité de la surface vers la profondeur.

Mais les nouvelles preuves suggèrent que les coccolithophores n’utilisent pas seulement ces formes inorganiques de carbone près de la surface. Ils absorbent également le carbone organique dissous, le plus grand réservoir de carbone organique de la mer, et en fixent une partie dans leurs coccolithes, qui finissent par s’enfoncer dans les profondeurs de l’océan. Cela suggère que l’absorption de ces composés organiques flottants est une autre étape dans les pompes biologiques et d’alcalinité qui entraînent le transport du carbone de la surface de l’océan vers les profondeurs en dessous.

“Il y a cette grande source de carbone organique dissous dans l’océan dont nous avons toujours supposé qu’elle n’était pas vraiment liée au cycle des carbonates dans la mer”, a déclaré Balch. “Maintenant, nous disons qu’une partie du carbone qui va en profondeur provient en réalité de cet énorme réservoir de carbone organique dissous.”

Il s’agit du troisième et dernier article publié dans le cadre d’un projet de trois ans financé par la National Science Foundation. L’effort global a été inspiré par une thèse vieille de plusieurs décennies de William Blankley, un étudiant diplômé de la Scripps Institution of Oceanography, l’alma mater de Balch. Dans les années 1960, Blankley a pu faire pousser des coccolithophores dans l’obscurité pendant 60 jours en les nourrissant de glycérol, l’un des composés organiques utilisés dans la présente étude. Malheureusement, il est décédé avant que ses recherches puissent être publiées. Le fait que les découvertes de Blankley aient pu être reproduites toutes ces années plus tard avec de nouvelles technologies, a déclaré Balch, est à mettre au crédit de la qualité de ces premiers travaux.

Le vrai défi de l’étude la plus récente, cependant, était d’entreprendre cette recherche en dehors d’un environnement de laboratoire contrôlé. L’équipe a dû concevoir une méthode pour mesurer ces composés organiques dans l’eau de mer – à des concentrations ambiantes d’ordres de grandeur inférieurs aux expériences de Blankley – puis suivre leur absorption par les coccolithophores sauvages.

«Lorsque vous cultivez du phytoplancton en laboratoire, vous pouvez en cultiver autant que vous le souhaitez. Mais dans l’océan, vous prenez ce que vous obtenez », a déclaré Balch. “Le défi consistait à trouver un signal dans tout le bruit pour dire, preuve positive, que c’étaient des coccolithophores qui absorbaient ces molécules organiques dans leurs coccolithes.”

Bien que le projet actuel soit terminé, Balch a déclaré que la prochaine étape consiste à examiner si les coccolithophores sont capables d’absorber d’autres composés organiques trouvés dans l’eau de mer au même rythme que les trois testés jusqu’à présent. Bien que les coccolithophores aient utilisé les trois composés dissous à des taux lents dans ces expériences, il existe des milliers d’autres molécules organiques dans l’eau de mer qu’ils pourraient potentiellement absorber. S’ils en utilisent davantage, cette découverte peut s’avérer être une étape encore plus importante dans la compréhension du cycle mondial du carbone.

Référence : « Osmotrophie des composés organiques dissous par les populations de coccolithophores : fixation sur le carbone organique et inorganique particulaire » 24 mai 2023, Avancées scientifiques.
DOI : 10.1126/sciadv.adf6973