Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et de l’UC Santa Cruz ont détecté une classe précédemment hypothétique de fixation de l’azote dans l’océan de surface.
La pénurie d’azote limite la croissance du phytoplancton océanique, un puits de carbone d’importance mondiale et la base du réseau trophique marin. L’azote qui peut être utilisé par le phytoplancton a généralement une très faible concentration dans la couche ensoleillée de l’océan ouvert, mais les deux principales sources d’azote nouveau dans les océans de surface sont le nitrate venant des profondeurs et la « fixation » biologique de l’azote de N2 gaz de l’atmosphère par certaines cyanobactéries.
Dans une nouvelle recherche publiée dans Communication Naturel’équipe a découvert qu’une classe alternative de fixateurs d’azote, qui ne sont pas photosynthétiques, est associée à des particules marines et fixe l’azote dans certaines parties de l’océan.
« Depuis plus de trois décennies, les scientifiques savent que cette classe alternative d’organismes fixateurs d’azote est répandue dans les océans de surface, mais nous manquions de preuves directes qu’ils peuvent réellement fixer l’azote jusqu’à présent », a déclaré Katie Harding, auteure principale et ancienne diplômée du LLNL. Harding était étudiant diplômé à l’UC Santa Cruz dans le laboratoire de Jonathan Zehr, qui a passé des décennies à étudier la fixation de l’azote marin.
Le scientifique du LLNL, Xavier Mayali, a déclaré qu’il était difficile de trouver cette activité.
« Nous l’avons trouvé parce que nous avons pu utiliser notre instrument nanoSIMS pour localiser des cellules individuelles sur des particules marines », a déclaré Mayali. « Ainsi, les fixateurs d’azote qui ne sont pas photosynthétiques ne semblent pas flotter librement, mais ils sont plutôt attachés aux détritus marins qui finissent par couler dans les profondeurs de l’océan. »
Dans la nouvelle recherche, les membres de l’équipe ont utilisé un marquage combiné des isotopes stables rares du carbone (C) et de l’azote (N) afin de pouvoir séparer les organismes qui incorporaient à la fois N et C (comme les cyanobactéries photosynthétiques fixatrices de N) de ceux qui n’incorporaient que N ( organismes fixateurs d’azote non cyanobactériens).
L’instrument nanoSIMS du LLNL permet de quantifier les isotopes rares C et N au niveau de la cellule unique et a pu détecter les fixateurs de N hypothétiques après que les échantillons ont été incubés en mer avec du gaz N2 marqué et du CO2.
On ne sait pas encore quelle est l’importance de cette découverte pour la santé des océans.
« Une plus grande croissance du phytoplancton, partiellement alimentée par l’apport d’azote, pourrait profiter à la vie marine », a déclaré Mayali. « Si les particules marines qui coulent contiennent plus d’azote provenant de cette activité, cela pourrait potentiellement les rendre plus nutritives pour les organismes vivant dans les profondeurs marines. »
Une meilleure compréhension des sources de N océanique affecte également la capacité de prédire l’absorption de C par l’océan car le phytoplancton marin est généralement limité par N. S’ils ont suffisamment de N, ils absorberont plus de C de l’atmosphère. Ainsi, même si les organismes nouvellement découverts ne sont pas photosynthétiques, le N qu’ils fixent pourrait être utilisé par des organismes qui fixent le C. De plus, le naufrage des détritus marins, où ces fixateurs de N ont été trouvés, est l’un des principaux mécanismes de séquestration naturelle du C dans les océans.
L’approche du double marquage isotopique a des applications dans d’autres domaines tels que le stockage du C dans les sols et les biocarburants. « Nous pouvons utiliser cette méthode pour rechercher ces types d’organismes dans les sols et dans les cultures d’algues productrices de biocarburants, en particulier dans les environnements pauvres en N où les organismes fixateurs d’azote seront importants pour la santé de l’écosystème », a déclaré Mayali.
Plus d’information:
Katie J. Harding et al, les mesures spécifiques aux cellules montrent la fixation de l’azote par des diazotrophes putatifs non cyanobactériens attachés aux particules dans le gyre subtropical du Pacifique Nord, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-34585-y