Une mine de cuivre fermée sur la côte de la mer Baltique, juste au sud de Västervik, a aidé les chercheurs à étudier la capacité des diatomées côtières à survivre lorsque les conditions environnementales changent. Une thèse de l’Université de Göteborg montre que des espèces de diatomées ont survécu aux rejets de cuivre dans la mer grâce à leur grande diversité génétique.
En ayant et en conservant des souches avec une large diversité génétique à travers les générations, une espèce peut faire face à des changements environnementaux rapides sans succomber. C’est le cas de l’espèce de diatomée Skeletonema marinoi, qui a survécu dans les eaux d’entrée à côté de la mine de Solstad en Suède pendant les 400 ans d’exploitation minière intermittente là-bas. La pollution par le cuivre dans l’eau a conduit au développement d’une tolérance élevée au cuivre chez les espèces de diatomées.
« Dans des expériences en laboratoire, j’ai pu montrer qu’un changement de tolérance au cuivre se produit en quelques semaines seulement. Leur capacité d’adaptation est possible en raison de la grande diversité génétique de cette espèce », explique Björn Andersson, biologiste évolutionniste à l’Université de Göteborg. et l’auteur de la thèse.
Gènes activés au besoin
La teneur en cuivre de l’entrée de la mer Baltique à l’embouchure de la mine de Solstad a considérablement varié car pendant de longues périodes au cours des derniers siècles, les opérations minières ont cessé, pour reprendre plus tard. Les années d’exploitation de la mine sont documentées et peuvent être comparées aux diatomées, qui sont bien conservées dans les sédiments hypoxiques du fond de l’entrée à l’extérieur de la mine.
L’analyse montre que les gènes des diatomées pour la tolérance au cuivre sont activés dans la mesure nécessaire pour survivre. Mais comment les diatomées microscopiques peuvent-elles porter autant de traits dans leur ADN qu’elles peuvent faire face à tous ces changements brusques de l’environnement ?
« Cette grande diversité génétique ne se trouve pas chez chaque individu, mais dans la population dans son ensemble. Différents individus de diatomées ont une tolérance au cuivre différente, ce qui signifie que certains seront davantage favorisés à des moments différents », explique Andersson.
Les diatomées sur les sédiments de fond dans l’entrée à l’embouchure de la mine Solstad ont conservé des traits qui ne sont pas actuellement nécessaires pour une utilisation future. La coquille dure des diatomées protège cette espèce de la dégradation rapide afin que ces organismes puissent survivre pendant des années. Lors de la floraison de chaque année, les individus les plus compétitifs sont sélectionnés et contribuent davantage aux sédiments, tandis que les diatomées plus anciennes restent une garantie pour l’avenir, explique Björn Andersson.
« Les diatomées dans les sédiments fonctionnent à peu près comme une banque de graines. Dans un environnement comme celui-ci, avec une grande variation de la qualité de l’eau, la diversité génétique de la population est plus grande par rapport à un endroit qui n’est pas exposé à une telle fort impact », déclare Andersson.
Principaux producteurs primaires
En ces temps de changement climatique rapide, c’est une bonne nouvelle que l’un des plus importants producteurs primaires marins montre une si grande capacité à s’adapter aux nouvelles conditions de vie. À l’échelle mondiale, les diatomées représentent 20% de la production primaire, captant l’énergie solaire et la transférant aux écosystèmes tout en produisant de l’oxygène et en éliminant le dioxyde de carbone de l’atmosphère.
« La grande diversité génétique de ces espèces peut les aider à s’adapter rapidement aux futurs changements environnementaux et climatiques, ce qui pourrait signifier qu’elles ne souffriront pas autant que, par exemple, les poissons et les mammifères », explique Andersson.
Séquençage de l’ADN chez les diatomées
La plupart des types de locus de code-barres utilisés dans l’ADN aujourd’hui ont été développés pour distinguer l’ADN de différentes espèces. Dans la recherche sur les diatomées, de nouveaux locus de codes à barres ont été développés qui peuvent à la place distinguer les individus au sein d’une espèce – dans ce cas, Skeletonema marinoi.
La totalité de la chaîne d’ADN de 55 millions de paires de bases a été séquencée. Quatre locus de codes à barres de 500 bases de long ont été trouvés qui étaient hypervariables entre 58 individus de diatomées au sein de la même espèce. Ces locus de codes à barres ont donné une résolution individuelle suffisamment élevée pour pouvoir suivre le processus de sélection évolutive des espèces de diatomées.
Plus d’information:
Effets évolutifs et écologiques de la pollution métallique sur les diatomées côtières (2022), hdl.handle.net/2077/73697