Dans les eaux glaciales entourant l’Antarctique, un cycle saisonnier inhabituel se produit. En hiver, de mars à octobre, le soleil se lève à peine. Lorsque l’eau de mer gèle, elle rejette les sels, créant des poches de saumure extra-salée où vivent les microbes en hiver. En été, la glace de mer fond sous l’effet de la lumière du jour constante, produisant de l’eau plus chaude et plus fraîche à la surface.
Cet écosystème isolé abrite une grande partie de la vie photosynthétique de l’océan Austral. Une nouvelle étude de l’Université de Washington fournit les premières mesures de la manière dont les algues des glaces de mer et d’autres organismes unicellulaires s’adaptent à ces rythmes saisonniers, offrant ainsi des indices sur ce qui pourrait se produire à mesure que cet environnement évolue sous l’effet du changement climatique.
L’étude, publiée dans le Revue ISMEcontient certaines des premières mesures de la façon dont les microbes des glaces de mer réagissent aux conditions changeantes.
« Nous savons très peu de choses sur la façon dont les microbes des glaces de mer réagissent aux changements de salinité et de température », a déclaré l’auteur principal Hannah Dawson, chercheuse postdoctorale à l’UW qui a effectué ce travail tout en poursuivant son doctorat en océanographie à l’UW. « Et jusqu’à présent, nous ne savions presque rien des molécules qu’ils produisent et utilisent dans les réactions chimiques pour rester en vie, qui sont importantes pour soutenir les organismes supérieurs de l’écosystème ainsi que pour les impacts climatiques, comme le stockage du carbone et la formation des nuages. »
Les océans polaires jouent un rôle important dans les courants océaniques mondiaux et dans le soutien des écosystèmes marins. Les microbes constituent la base du réseau alimentaire et abritent des formes de vie plus grandes.
« Les océans polaires constituent une partie importante des océans du monde et ce sont des eaux très productives », a déclaré l’auteur principal Jodi Young, professeur adjoint d’océanographie à l’UW. « Ces eaux abritent de grands essaims de krill, les baleines qui viennent se nourrir de ce krill, ainsi que des ours polaires ou des pingouins. Et le début de tout cet écosystème est constitué par ces algues microscopiques unicellulaires. Nous en savons si peu sur elles. »
Ces minuscules organismes sont également importants pour le climat, car ils effectuent silencieusement la photosynthèse et absorbent le carbone de l’atmosphère. Les algues polaires sont particulièrement efficaces pour produire des molécules contenant du soufre qui confèrent aux plages leur odeur distinctive et, lorsqu’elles sont projetées dans l’air par les embruns marins, favorisent la formation de nuages qui peuvent réduire la pénétration des rayons solaires.
La glace de mer de l’Antarctique, bien que stable depuis longtemps, est à un niveau record historique cette année.
Dans d’autres océans, les instruments satellitaires peuvent capturer depuis l’espace des proliférations saisonnières spectaculaires de phytoplancton, mais cela n’est pas possible pour les microbes cachés sous la glace marine. Et les eaux de l’Antarctique sont particulièrement difficiles à visiter, laissant les chercheurs pratiquement sans mesures en hiver.
Fin 2018, Dawson et la co-auteure Susan Rundell se sont rendues à la station Palmer, une station de recherche américaine située dans la péninsule antarctique occidentale. Ils ont utilisé un petit bateau pour échantillonner l’eau de mer et la glace de mer sur les mêmes sites voisins tous les trois jours.
De retour à terre, les deux étudiants diplômés ont effectué des expériences de 10 jours dans des réservoirs pour voir quels microbes se développaient à mesure que la température et la salinité étaient ajustées pour imiter la formation et la fonte de la glace de mer. Ils ont également renvoyé des échantillons à Seattle pour des mesures plus complexes de la génétique et des métabolites des échantillons, les petites molécules organiques produites par la cellule.
Les résultats ont révélé comment les algues unicellulaires gèrent leurs environnements fluctuants. À mesure que les températures baissent, les cellules produisent des cryoprotecteurs, semblables à de l’antigel, pour empêcher leur liquide cellulaire de cristalliser. La plupart des molécules cryoprotectrices les plus courantes étaient les mêmes dans différentes formes de vie microbiennes.
À mesure que la salinité change, pour éviter d’éclater dans des eaux fraîches ou de se dessécher comme des raisins secs dans des conditions salées, les cellules modifient la concentration de molécules organiques ressemblant à du sel. Beaucoup de ces molécules jouent un double rôle de cryoprotecteurs, pour équilibrer les conditions à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule afin de maintenir l’équilibre hydrique.
Les résultats montrent que sous des changements de température et de salinité à court terme, la structure de la communauté dans chaque échantillon est restée stable tout en ajustant la production de molécules protectrices. Différentes espèces de microbes ont montré des réponses cohérentes aux conditions changeantes. Cela devrait simplifier la modélisation des futures réponses au changement climatique, a déclaré Young.
Les résultats suggèrent également que la production d’acides gras oméga-3 pourrait diminuer dans les environnements à faible salinité. Ce serait une mauvaise nouvelle pour les consommateurs de suppléments d’huile de krill et pour l’écosystème marin qui dépend de ces nutriments dérivés des algues. Les recherches futures actuellement en cours par le groupe UW visent à confirmer ce résultat, en particulier dans la perspective d’une augmentation de l’apport d’eau douce provenant de la fonte des glaces de mer et des glaciers.
« Nous nous intéressons à la manière dont ces algues de glace de mer réagissent aux changements de température, de salinité et de lumière dans des conditions normales », a déclaré Dawson. « Mais nous avons aussi le changement climatique, qui remodèle complètement le paysage en termes de moment où la glace de mer se forme, de quantité de glace de mer qui se forme, de combien de temps elle reste avant de fondre, ainsi que de la quantité d’eau douce apportée par les glaciers. nous essayons tous les deux de capturer ce qui se passe actuellement, et nous nous demandons également comment cela peut éclairer ce qui pourrait se produire dans le futur. »
Plus d’information:
Jodi Young et al, Réponses métabolomiques microbiennes aux changements de température et de salinité le long de la péninsule antarctique occidentale, Revue ISME (2023).