Diatomées pico- et nano-planctoniques : une importance sous-estimée dans les cycles biogéochimiques océaniques

Lundi, 5 mars 2018

Les diatomées sont l'un des principaux groupes de producteurs primaires des océans, responsables chaque année d'environ 20 % du CO2 fixé par photosynthèse sur Terre. Si dans les modèles biogéochimiques, elles sont généralement assimilées au microphytoplancton (20-200 µm), il existe de nombreuses diatomées appartenant au nano- (2-20 μm) voire au pico- (< 2 μm) phytoplancton. En raison de leur très petite taille, elles sont difficiles à détecter par les méthodes classiques d'observation et sont très mal caractérisées. Au cours de la campagne DeWeX-MERMEX dans le nord-ouest de la Méditerranée, une équipe de chercheurs(1) a mis en évidence une floraison printanière massive en 2013 de la plus petite diatomée connue (Minidiscus). En parallèle, l'analyse des données de métagénomique acquises au cours de l'opération Tara Oceans leur a permis de révéler une présence significative à l'échelle mondiale, et largement sous-estimée jusqu'à présent, de ces petites diatomées. Les chercheurs ont aussi démontré que ces espèces pouvaient être exportées rapidement vers les zones méso- et bathypélagiques sous forme d'agrégats et que des diatomées pico- et nanoplanctoniques pouvaient ainsi localement contribuer à la pompe biologique tout en alimentant également la boucle microbienne.

Concentrations de surface de Chlorophylle a pendant le leg 2 de la campagne DeWeX en avril 2013. La zone caractérisée par l'accumulation importante de Chla correspond à une zone de formation d'eau dense. Il est couramment admis que les floraisons printanières phytoplanctoniques ou celles déclenchées par le mélange turbulent conduisant à l'injection de sels nutritifs dans la couche de surface s'accompagnent d'un développement important de diatomées de moyenne et grande tailles, souvent de forme coloniale. Les chercheurs participant au programme DeWeX d'étude de l'efflorescence planctonique faisant suite à la convection hivernale profonde dans la zone de formation des eaux denses au large du golfe du Lion en Méditerranée Nord-Occidentale, s'attendaient ainsi à observer une floraison de diatomées dans la catégorie du microplancton. Suite à un mélange convectif ayant homogénéisé l'ensemble de la colonne d'eau sur 2500 m au cours de l'hiver 2012-2013, la floraison planctonique a été particulièrement intense et étendue. Une surprise de taille a été l'absence totale dans cette zone de diatomées de grande taille, remplacées lors de cet événement par une floraison de deux espèces du plus petit genre de diatomée connu à ce jour Minidiscus, de 2 à 5 μm, et atteignant des concentrations record de 6 millions de cellules L-1. Les chercheurs ont calculé qu'à certains sites, et notamment au centre de la zone de convection, cette diatomée pouvait représenter jusqu'à 30% du carbone organique particulaire total. Ces organismes n'ont pu être identifiés que grâce à la microscopie électronique à balayage, les techniques d'observation classique en microscopie inversée ne permettant pas de les reconnaître.


La diatomée Minidiscus comicus (gauche) et M. trioculatus (droite) identifiées en microscopie électronique à balayage. Barre d'échelle 1 µm. Crédits photo : V. Cornet (MIO).

A partir d'une représentation numérique simplifiée des conditions environnementales observées en début d'efflorescence, un modèle de dynamique phytoplanctonique organisé en niches écologiques conforte l'hypothèse que seule une mortalité plus élevée (top-down) appliquée aux diatomées de grande taille et liée à la présence de brouteurs méso-zooplanctoniques permet de reproduire la dominance de ces petites diatomées au moment de l'efflorescence printanière.
En parallèle de ces observations, les premières données de Tara Océans sur la diversité des diatomées, publiées en 2016, ont révélé la présence de Minidiscus dans une grande majorité d'échantillons. Une ré-analyse des données a permis d'identifier ce genre comme étant le 20ème genre de diatomées le plus abondant dans la couche de surface et le 7ème genre le plus abondant dans la couche mésopélagique, ce qui est beaucoup plus surprenant à l'échelle globale au vu du faible nombre d'observations recensées dans la littérature.
Plusieurs résultats originaux découlent de cette étude :

  1. La mise en évidence de diatomées de taille pico- à nano-planctonique capables de former des efflorescences importantes et de contribuer significativement à la biomasse produite, dont l'importance a probablement été très sous-estimée en raison de biais d'échantillonnage et d'observation, désormais résolus par le couplage de la microscopie à balayage et de la génomique.
  2. Si ces diatomées alimentent principalement la boucle microbienne en étant reminéralisées au sein de la couche de surface, elles sont aussi capables de contribuer localement à l'export de matière particulaire par le biais de processus d'agrégation.
  3. Ces observations confirment la nécessité d'ouvrir la boîte noire "diatomées" et d'étudier le rôle de la biodiversité réelle dans la modulation des flux des éléments biogènes au sein d'un même groupe fonctionnel.
Note(s): 
  1. Les laboratoires impliqués sont les suivants : Institut méditerranéen d'océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / IRD / AMU / Université de Toulon), Institut de biologie de l'Ecole Normale Supérieure (IBENS, CNRS / ENS, Paris / INSERM), Centre de formation et de recherche sur l'environnement marin (CEFREM, CNRS / UPVD), Laboratoire d'océanographie microbienne (LOMIC/OOB, CNRS / UPMC), Station biologique de Roscoff (SBR, CNRS / UPMC) et Institut François-Jacob (CEA)
Source(s): 

Leblanc, K., Quéguiner, B., Diaz, F., Cornet, V., Michel-Rodriguez, M., Durrieu de Madron, X., Bowler, C., Malviya, S., Thyssen, M., Grégori, G., Rembauville, M., Grosso, O., Poulain, J., de Vargas, C., Pujo-Pay, M., Conan, P. Nanoplanktonic diatoms are globally overlooked but play a role in spring blooms and carbon export. Nature Communication, XXX

Contact(s):
  • Karine Leblanc, MIO/PYTHÉAS
    karine [dot] leblanc [at] univ-amu [dot] fr, 04 86 09 05 72

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