De nouvelles recherches fournissent la première preuve de la raison pour laquelle nous avons des formes de vie complexes dans les océans polaires et mettent en évidence la menace que représente pour elles le réchauffement climatique.
Elle révèle le rôle vital de l’oligo-métal zinc, sans lequel ces océans seraient privés d’une vie biologiquement plus complexe que les bactéries. Les algues diverses n’auraient pas colonisé les océans polaires, et sans les algues, la biodiversité marine serait très appauvrie car les algues sont la base du réseau trophique marin.
L’étude a impliqué une équipe internationale de 46 chercheurs de cinq pays, dont des scientifiques de l’Université d’East Anglia (Royaume-Uni), du Yellow Sea Fisheries Research Institute (Chine), du US Department of Energy Joint Genome Institute (JGI) et d’Alfred- Institut Wegener pour la recherche polaire et marine (Allemagne).
Publié dans Écologie de la nature et évolutionles résultats montrent que les océans polaires font partie des écosystèmes marins les plus productifs de la planète en raison du zinc, qui semble avoir permis la photosynthèse dans les conditions polaires extrêmes de basses températures et de forte saisonnalité de la lumière.
Le chercheur britannique principal, le professeur Thomas Mock, de l’École des sciences de l’environnement de l’UEA, a déclaré : « Il s’agit du premier article établissant un lien entre le rôle d’un métal trace essentiel pour la vie et l’évolution adaptative de nombreux groupes d’organismes différents, et donc éloignés, à un écosystème important sur Terre.
« Cette évolution semble avoir permis à ces producteurs primaires de faire face aux conditions difficiles des océans de surface polaires. Sans zinc, nous n’aurions pas d’algues, et donc pas de poissons ou d’autres animaux marins. Ainsi, le zinc semble avoir entraîné l’évolution de complexes la vie dans les océans polaires.
« Cependant, si les concentrations de zinc sont réduites dans les eaux de surface polaires, par exemple par stratification due au réchauffement climatique, la vie polaire disparaîtra potentiellement plus rapidement que dans d’autres océans, car la vie dans les océans non polaires ne dépend pas de concentrations élevées de zinc. »
Chez l’homme, le zinc soutient un certain nombre de fonctions, notamment le système immunitaire et le métabolisme. Dans les océans, il soutient plusieurs processus biologiques fondamentaux tels que la réplication et la régulation de l’ADN, la photosynthèse et la fixation du carbone.
Les raisons de l’augmentation des besoins en zinc des communautés d’algues polaires naturelles, en particulier dans l’océan Austral autour de l’Antarctique, restent floues, mais ces nouvelles données impliquent que les microalgues polaires ont une demande en zinc intrinsèquement plus élevée.
L’auteur principal, le professeur Naihao Ye, de l’Institut de recherche sur la pêche en mer Jaune, a déclaré : « Cette étude montre que les concentrations élevées de zinc dans les océans polaires de surface ont facilité l’évolution adaptative des algues aux conditions de ces environnements à basse température permanente. Le zinc a donc permis la formation de certains des réseaux trophiques les plus productifs de la planète.
« Plus largement, les besoins en zinc particulièrement élevés du phytoplancton polaire et le rôle joué dans le cycle biogéochimique du zinc indiquent que les changements dans leur abondance et leur biodiversité dus au changement climatique moduleront directement le cycle du zinc dans l’ensemble de l’océan mondial. »
Des recherches antérieures ont montré que les eaux de surface océaniques présentent une variabilité significative dans leurs concentrations de zinc dissous, allant de concentrations supérieures à la moyenne dans l’océan Austral à des niveaux extrêmement bas dans les océans tropicaux.
On pense également que les besoins particulièrement élevés en zinc des algues polaires régulent une grande partie de la distribution mondiale du zinc.
Les auteurs de cette étude – qui a utilisé des approches allant du travail de terrain à l’application de méthodes basées sur le génome pour modéliser des espèces d’algues – avertissent que le changement climatique pourrait potentiellement réduire les concentrations de zinc dans les océans non polaires et donc entraîner des limitations de zinc.
La photosynthèse dans les écosystèmes polaires nécessite une régulation pour faire face à l’extrême saisonnalité de la lumière 24 heures sur 24 en été et aux longues périodes d’obscurité en hiver.
Pour l’extrémité sombre du spectre lumineux, les algues adaptées au froid ont développé des mécanismes pour réduire considérablement leur point de compensation de la lumière – l’intensité lumineuse à laquelle la production d’oxygène est égale à la consommation – afin de photosynthétiser sous des niveaux de lumière extrêmement faibles.
« Le rôle du zinc dans l’évolution adaptative du phytoplancton polaire », Naihao Ye et al, a été publié dans Écologie de la nature et évolution le 2 juin.
Naihao Ye et al, Le rôle du zinc dans l’évolution adaptative du phytoplancton polaire, Écologie de la nature et évolution (2022). DOI : 10.1038/s41559-022-01750-x