Certains des plus petits organismes de l’océan sont entraînés par des courants sous-marins qui agissent comme un conduit qui les transporte de la surface ensoleillée vers des profondeurs plus profondes et plus sombres où ils jouent un rôle important dans la chimie et l’écosystème de l’océan, selon de nouvelles recherches.
Publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciences et sur la base de travaux de terrain menés lors de trois campagnes de recherche s’étendant de 2017 à 2019, l’étude se concentre sur les régions subtropicales de la mer Méditerranée. Elle a révélé comment certains organismes microscopiques unicellulaires trop légers pour couler au-delà de 100 mètres environ, comme le phytoplancton et les bactéries, finissent par s’enfoncer plus profondément dans l’océan, où il n’y a pas assez de lumière solaire pour que ces organismes photosynthétiques puissent croître, vivre et se nourrir.
« Nous avons découvert que ces organismes étant si petits, ils peuvent être emportés par les courants océaniques qui les amènent ensuite plus profondément que là où ils poussent », a déclaré Mara Freilich, professeure adjointe à la Division de mathématiques appliquées et au Département de Terre, Environnement de l’Université Brown. et sciences planétaires qui a lancé les travaux en tant que doctorant. étudiant un programme conjoint au MIT et à la Woods Hole Oceanographic Institution. « Il s’agit souvent d’un aller simple pour ces organismes, mais en effectuant ce voyage, ils jouent un rôle essentiel dans la connexion des différentes parties de l’océan. »
Freilich a mené la recherche pendant son doctorat. avec Amala Mahadevan, scientifique principale à Woods Hole, en étroite collaboration avec la scientifique principale du Laboratoire de biologie marine Alexandra Z. Worden et son équipe.
Les courants découverts par l’équipe sont appelés intrusions et, en balayant les minuscules organismes, ils contribuent à modifier les types de nourriture disponibles dans les couches plus profondes de l’océan tout en transportant une quantité importante de carbone de la surface de l’eau. Cela contribue à nourrir d’autres organismes de la chaîne alimentaire océanique et augmente la complexité de l’écosystème à des profondeurs plus profondes, influençant le fonctionnement de la vie et de la chimie sous l’eau.
Dans l’ensemble, l’étude remet en question la compréhension conventionnelle de la façon dont le carbone, qui est transformé en matière organique par la photosynthèse dans la couche ensoleillée de l’océan, est transporté vers les profondeurs.
« La majorité de la photosynthèse, par laquelle la lumière est convertie en carbone organique, une source de nourriture pour les organismes vivants, se produit dans les 50 mètres supérieurs de l’océan. La question a donc toujours été : comment le carbone fixé par la photosynthèse pénètre-t-il dans l’océan profond ? » dit Freilich.
« Le naufrage de particules riches en carbone a toujours été considéré comme la seule réponse à cette question. Mais ce que nous avons découvert, c’est que de minuscules organismes unicellulaires se laissent prendre dans le flux océanique pour former des intrusions… De telles intrusions sont des caractéristiques importantes du océan subtropical : bien qu’ils s’étendent sur des dizaines de kilomètres latéralement, ils descendent également sur des centaines de mètres verticalement, entraînant avec eux des cellules et du carbone.
Les chercheurs ont découvert que les intrusions se produisent toute l’année et proviennent de zones riches en biomasse, y compris là où les organismes végétaux se trouvent à leurs concentrations les plus élevées. Auparavant, on pensait que les courants océaniques ne transportaient le carbone vers les profondeurs que de façon saisonnière. Les chercheurs suggèrent que ces intrusions sont répandues dans les océans subtropicaux du monde. Ils fournissent des conduits pour le transport continu du carbone et de l’oxygène de l’océan ensoleillé vers les profondeurs.
« Nous avons observé des communautés microbiennes qui ressemblaient à des communautés microbiennes de surface jusqu’à 200 mètres », a déclaré Freilich. « Dans d’autres régions, nous pensons que cela pourrait être beaucoup plus profond. À notre grande surprise, nous avons constaté que la majorité des microbes présents dans les intrusions étaient des bactéries qui se nourrissent du carbone fixé par les cellules photosynthétisantes. Cela montre que l’essentiel de la biomasse transportée depuis les couches éclairées par le soleil sont constituées de microbes non photosynthétiques.
Dans le cadre d’une collaboration entre les États-Unis, l’Espagne et l’Italie, les scientifiques ont effectué trois voyages dans l’océan méditerranéen subtropical pour cette étude. Ils ont utilisé des outils spéciaux pour mesurer des propriétés telles que la température de l’eau, la salinité et l’abondance de minuscules organismes à différentes profondeurs. Les analyses, menées en collaboration avec l’écologiste microbienne Alexandra Worden du Laboratoire de biologie marine, ont permis de montrer les différences entre les échantillons d’intrusion et les eaux de fond.
Le fait de constater que les communautés microbiennes dans les échantillons d’intrusion plus profonds ressemblaient à des communautés microbiennes de surface a montré qu’elles étaient transportées en profondeur. Les chercheurs ont également utilisé des modèles informatiques pour simuler les courants océaniques afin de révéler comment les communautés de minuscules plantes et bactéries se déplaçaient dans l’eau.
« Grâce aux solides données provenant de la Méditerranée établissant ce processus de conduits tridimensionnels comme mécanisme permettant d’amener les microbes de surface vers l’océan sombre dans les eaux chaudes, nous avons pu observer des traces d’exportations similaires dans les principales régions océaniques », a déclaré Worden. .
En plus de souligner l’importance écologique des intrusions dans la formation de la biodiversité océanique, l’étude aborde également la manière dont les intrusions pourraient être affectées par le changement climatique. On pense qu’à mesure que les océans de la Terre se réchauffent, la proportion de carbone dans les minuscules cellules augmenterait et le transport dans les intrusions pourrait ne pas être aussi affecté que d’autres mécanismes qui transportent le carbone vers les profondeurs. Les intrusions modifient notre compréhension de la façon dont le carbone se déplace dans l’océan et pourraient aider à réguler le stockage du carbone et la dynamique microbienne dans les profondeurs océaniques.
« Il y a tellement plus à explorer maintenant que nous avons découvert cela », a déclaré Freilich. « La prochaine étape consiste à prendre ce que nous avons appris ici et à déterminer si nous pouvons l’utiliser pour prédire comment les changements dans la composition de la communauté microbienne affecteraient le transport du carbone et le cycle mondial du carbone dans un climat en changement. »
Plus d’information:
Mara A. Freilich et al, les intrusions 3D transportent des assemblages microbiens actifs de surface vers l’océan sombre, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2319937121