Alors que le monde s’est fortement concentré sur les acteurs habituels du changement climatique mondial, comme les combustibles fossiles et la déforestation, un groupe de prétendants improbables a émergé des profondeurs de l’océan : les virus marins. Ces entités minuscules mais puissantes volent maintenant la vedette alors que les scientifiques dévoilent leur profonde influence sur le climat de notre planète.
Avec une armée d’environ 1030 particules virales, les virus marins règnent sur la vaste étendue de l’océan avec leur étonnante diversité. Tous les organismes aquatiques sont impactés par leur présence d’une manière ou d’une autre, qu’il s’agisse de bactéries, d’algues, de protistes ou de poissons. Le jury ne sait toujours pas si l’impact net des virus marins sur le changement climatique est positif ou négatif. Cependant, les preuves de plus en plus nombreuses sont difficiles à ignorer – les virus marins possèdent un pouvoir de transformation capable de remodeler le tissu même de l’écosystème marin – et leur impact sur les cycles biogéochimiques est tout sauf subtil.
Viral shunt : démêler le cycle du carbone de l’océan
Les bactériophages (ou simplement les phages) – des virus qui infectent les bactéries – sont les virus dominants dans l’océan. Lors de l’infection, les phages provoquent l’éclatement de leurs malheureux hôtes bactériens par un processus connu sous le nom de lyse virale, libérant ainsi des nutriments et de la matière organique dans l’eau de mer environnante. Ce phénomène, connu sous le nom de shunt viraldétourne la biomasse microbienne des consommateurs secondaires du réseau trophique, tels que le plancton et les poissons, et dans le bassin de matière organique dissoute qui est principalement consommée par les bactéries hétérotrophes.
Lorsque les bactéries meurent et subissent une décomposition, leur matière organique a le potentiel de contribuer soit au pool de matière organique particulaire (POM), soit à la matière organique dissoute (DOM). Le POM se compose de structures complexes et n’est pas facilement décomposé par les microbes marins. Par conséquent, il est souvent transporté vers les parties les plus profondes de l’océan. Cependant, la DOM est plus facilement digestible pour les microbes, s’incorporant ainsi à leur biomasse. Au fur et à mesure que la biomasse microbienne dans l’océan augmente, elle devient une source de nourriture pour les organismes de niveaux trophiques supérieurs, y compris le plancton, qui à son tour sert de proie aux poissons.
Mais les phages peuvent aussi s’attaquer à ces microbes. C’est estime que les phages tuent environ 10 à 20% de bactéries hétérotrophes et 5 à 10% de bactéries autotrophes dans l’océan quotidiennement, entraînant une libération importante de carbone, de nutriments et d’autres oligo-éléments dans le réseau trophique microbien. La matière organique dissoute, à son tour, déclenche un festin bactérien alors que les microbes consomment avidement les nutriments et le carbone nouvellement disponibles, limitant leur flux à travers les niveaux trophiques supérieurs. Ainsi, la lyse virale favorise la respiration bactérienne qui retient le carbone dans les océans au lieu de le relâcher dans l’atmosphère. De cette façon, les phages aident indirectement séquestrent environ 3 gigatonnes de carbone par an.
Lyse virale : piloter le cycle des nutriments chez les microbes marins
La lyse virale joue également un rôle crucial dans la libération d’autres nutriments vitaux dans le réseau trophique microbien de l’océan, tels que l’azote et le phosphore, qui sont encapsulés dans les cellules bactériennes sous la forme d’acides nucléiques et d’acides aminés. Ces composés riches en nutriments alimentent la croissance et les activités métaboliques et constituent une ressource précieuse pour les microbes hétérotrophes et autotrophes.
Les phages peuvent également modifier le cycle du carbone en remodelant le métabolisme des cyanobactéries, l’un des acteurs majeurs de la fixation globale du CO2. Par exemple, les chercheurs ont constaté que cyanophages infectant Synechococcus sp. modifier la photosynthèse de l’hôte en maximisant la production d’énergie mais en inhibant la fixation du CO2. Cependant, les implications plus larges de ce phénomène au niveau de l’écosystème restent énigmatiques, présentant un domaine crucial mûr pour de futures recherches.
Cauchemars en fleurs : des justiciers viraux au travail
Les algues marines jouent un rôle vital dans la régulation des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique grâce à leurs prouesses photosynthétiques. Cependant, des problèmes se cachent dans les profondeurs lorsqu’une abondance d’algues marines émerge. Entrez dans les redoutables proliférations d’algues, ces explosions incontrôlables de croissance d’algues dans les écosystèmes aquatiques. Ces efflorescences déclenchent une cascade d’effets néfastes sur les écosystèmes marins, allant de l’épuisement de l’oxygène et des perturbations du réseau trophique à la production de toxines nocives.
Une fois de plus, les virus occupent le devant de la scène. Les virus lytiques qui peuvent infecter les algues marines jouent un rôle essentiel dans la disparition des efflorescences algales et déclencher une poussée de matière organique dissoute qui, une fois de plus, alimente la croissance des bactéries hétérotrophes environnantes et limite le flux d’énergie vers les niveaux trophiques supérieurs.
En conséquence, les scientifiques explorent l’idée d’utiliser des virus pour contrôler et éliminer naturellement les proliférations d’algues. Ce domaine d’étude passionnant en est encore à ses débuts et les scientifiques mènent actuellement des études pilotes à petite échelle pour recueillir plus d’informations et explorer le potentiel de l’approche. Un tel exemple est l’enquête sur Le virus Heterosigma akashiwo (HaV), qui s’est révélé prometteur pour prévenir la réapparition de marées rouges toxiques causé par l’espèce d’algue nuisible Heterosigma akashiwo, qui a finalement protégé la pêche. Une autre étude suggère qu’un cocktail de virus isolés d’un lac naturel a diminué l’abondance de la cyanobactérie toxique Microcystis aeruginosa dans les cultures de laboratoire de 95 % en six jours.
Cependant, plusieurs défis limitent les applications à grande échelle de virus (et de cyanophages) pour le contrôle des efflorescences algales. La dynamique des efflorescences algales dans les écosystèmes naturels est complexe et la mise en œuvre d’interventions virales à plus grande échelle présente des défis à la fois logistiques et environnementaux. Une autre préoccupation importante est le développement potentiel d’une résistance microbienne aux virus, similaire à la façon dont les microbes développent une résistance aux antibiotiques. Certaines solutions de contournement potentielles pour surmonter la résistance consistent à utiliser un cocktail de virus, au lieu d’un seul virus lytique, et à concevoir des virus spécifiques à l’algue concernée. Malgré ces limitations, l’utilisation de virus pour l’assainissement des efflorescences algales est prometteuse et continue d’être un domaine de recherche actif.
Au delà de l’horizon
Le rôle des virus et des phages marins dans le changement climatique mondial est toujours en cours d’élaboration, et il reste encore beaucoup à découvrir. Alors que les scientifiques continuent d’approfondir ce domaine fascinant, plusieurs étapes futures sont extrêmement prometteuses.
Avant tout, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour découvrir toute l’étendue de la diversité virale dans les océans, ainsi que les interactions entre les virus et les différentes communautés microbiennes dans diverses conditions environnementales. Récemment, les scientifiques ont fait une découverte remarquable concernant l’existence de « virus géants », qui possèdent des génomes extraordinairement grands (allant de 300 à 1000 paires de kilobases (kbp)) et infectent les hôtes océaniques. Ce qui rend ces virus encore plus intrigants, c’est la découverte qu’ils sont très répandu et possèdent la capacité d’infecter un large éventail d’hôtes eucaryotes. Cependant, la mesure dans laquelle les virus géants influencent les écosystèmes marins et les processus biogéochimiques reste largement inexplorée, ce qui justifie une enquête plus approfondie.
De plus, la compréhension des mécanismes à l’origine du recyclage des nutriments et de la séquestration du carbone par voie virale peut ouvrir la voie à des approches innovantes pour atténuer les proliférations d’algues et améliorer l’efficacité de la séquestration du carbone dans les océans. De plus, l’intégration de la dynamique virale dans les modèles océanographiques permettra d’affiner les prédictions des réponses des écosystèmes au changement climatique.
Avec la reconnaissance croissante des virus en tant qu’agents influents dans les océans, de nouvelles recherches sur les rôles et les interactions des micro-organismes marins contribueront sans aucun doute à notre capacité à atténuer les défis environnementaux et à promouvoir la santé et la résilience des écosystèmes marins face à un monde en évolution.