De nouvelles découvertes pourraient aider les chercheurs à affiner leurs prédictions sur l’endroit où le phytoplancton migrera avec le changement climatique.
Prochlorocoque sont les organismes photosynthétiques les plus petits et les plus abondants de la planète. Un seul Prochlorocoque cellule est éclipsée par un globule rouge humain, mais globalement, les microbes se comptent en octillions et sont responsables d’une grande partie de la production mondiale d’oxygène lorsqu’ils transforment la lumière du soleil en énergie.
Prochlorocoque peuvent être trouvés dans les eaux de surface chaudes de l’océan, et leur population diminue considérablement dans les régions plus proches des pôles. Les scientifiques ont supposé que, comme pour de nombreuses espèces marines, Prochlorococcus’ la plage est définie par la température : plus les eaux sont froides, moins les microbes sont susceptibles d’y vivre.
Légende : L’endroit où vit le microbe Prochlorococcus, représenté en vert, n’est pas déterminé principalement par la température, comme on le pensait auparavant. Une étude du MIT révèle qu’une relation avec une bactérie, le violet, et un prédateur commun, l’orange, définit en fait la portée du microbe. Crédit image : Jose-Luis Olivares, MIT
Mais les scientifiques du MIT ont découvert que l’endroit où vit le microbe n’est pas déterminé principalement par la température. Tandis que Prochlorocoque les populations chutent dans les eaux plus froides, c’est une relation avec un prédateur commun, et non la température, qui définit l’aire de répartition du microbe. Ces résultats, publiés dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, pourrait aider les scientifiques à prédire comment les populations de microbes évolueront avec le changement climatique.
« Les gens supposent que si l’océan se réchauffe, Prochlorocoque se déplacera vers les pôles. Et c’est peut-être vrai, mais pas pour la raison qu’ils prédisent », déclare la co-auteure de l’étude, Stephanie Dutkiewicz, chercheuse principale au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes (EAPS) du MIT. « Donc, la température est un peu un hareng rouge. »
Les co-auteurs de l’étude de Dutkiewicz sont l’auteur principal et chercheur de l’EAPS Christopher Follett, le professeur EAPS Mick Follows, François Ribalet et Virginia Armbrust de l’Université de Washington, et Emily Zakem et David Caron de l’Université de Californie du Sud à Los Angeles.
Chute de température
Alors que la température est censée définir la plage de Prochloroccus et d’autres phytoplanctons dans l’océan, Follett, Dutkiewicz et leurs collègues ont remarqué une curieuse dissonance dans les données.
L’équipe a examiné les observations de plusieurs croisières de recherche qui ont traversé l’océan Pacifique nord-est en 2003, 2016 et 2017. Chaque navire a traversé différentes latitudes, échantillonnant les eaux en continu et mesurant les concentrations de diverses espèces de bactéries et de phytoplancton, y compris Prochlorocoque.
L’équipe du MIT a utilisé les données de croisière archivées publiquement pour cartographier les emplacements où Prochlorocoque sensiblement diminué ou effondré, ainsi que la température de l’océan de chaque emplacement. Étonnamment, ils ont découvert que ProchlorocoqueL’effondrement s’est produit dans des régions de températures très variables, allant d’environ 13 à 18 degrés Celsius. Curieusement, l’extrémité supérieure de cette plage s’est révélée dans des expériences de laboratoire comme étant des conditions appropriées pour Prochlorocoque pour grandir et prospérer.
« La température elle-même n’a pas été en mesure d’expliquer où nous avons vu ces baisses », explique Follett.
Follett travaillait également sur une autre idée liée à Prochlorocoque et l’apport de nutriments. En tant que sous-produit de sa photosynthèse, le microbe produit des glucides – un nutriment essentiel pour les bactéries hétérotrophes, qui sont des organismes unicellulaires qui ne font pas de photosynthèse mais vivent de la matière organique produite par le phytoplancton.
« Quelque part en cours de route, je me suis demandé ce qui se passerait si cette source de nourriture Prochlorocoque la production a-t-elle augmenté ? Et si nous prenions ce bouton et le tournions ? dit Follett.
En d’autres termes, comment l’équilibre des Prochlorocoque et les bactéries se déplacent si la nourriture des bactéries augmente en raison, disons, d’une augmentation d’autres phytoplanctons producteurs de glucides ? L’équipe s’est également demandé : si les bactéries en question étaient à peu près de la même taille que Prochlorocoque, les deux partageraient probablement un brouteur ou un prédateur commun. Comment la population de brouteurs changerait-elle également avec un changement dans l’approvisionnement en glucides ?
« Ensuite, nous sommes allés au tableau blanc et avons commencé à écrire des équations et à les résoudre pour divers cas, et nous nous sommes rendu compte que dès que vous atteignez un environnement où d’autres espèces ajoutent des glucides au mélange, les bactéries et les brouteurs grandissent et s’annihilent. Prochlorocoque« , dit Dutkiewicz.
Changement de nutriments
Pour tester cette idée, les chercheurs ont utilisé des simulations de la circulation océanique et des interactions des écosystèmes marins. L’équipe a utilisé le MITgcm, un modèle de circulation générale qui simule, dans ce cas, les courants océaniques et les régions d’eaux ascendantes dans le monde. Ils ont superposé un modèle biogéochimique qui simule la façon dont les nutriments sont redistribués dans l’océan. À tout cela, ils ont lié un modèle d’écosystème complexe qui simule les interactions entre de nombreuses espèces différentes de bactéries et de phytoplancton, y compris Prochlorocoque.
Lorsqu’ils ont exécuté les simulations sans incorporer une représentation des bactéries, ils ont découvert que Prochlorocoque a persisté jusqu’aux pôles, contrairement à la théorie et aux observations. Lorsqu’ils ont ajouté dans les équations décrivant la relation entre le microbe, les bactéries et un prédateur commun, Prochlorococcus’ la distance s’est éloignée des pôles, correspondant aux observations des campagnes de recherche originales.
En particulier, l’équipe a observé que Prochlorocoque prospéré dans les eaux à très faibles niveaux de nutriments, et où il est la principale source de nourriture pour les bactéries. Ces eaux sont également chaudes et Prochlorocoque et les bactéries vivent en équilibre, avec leur prédateur commun. Mais dans des environnements plus riches en nutriments, comme les régions polaires, où l’eau froide et les nutriments remontent des profondeurs de l’océan, de nombreuses autres espèces de phytoplancton peuvent prospérer. Les bactéries peuvent alors se régaler et se développer sur plus de sources de nourriture, et à leur tour se nourrir et se développer davantage de leur prédateur commun. Prochlorocoque, incapable de suivre, est rapidement décimé.
Les résultats montrent qu’une relation avec un prédateur commun, et non la température, définit Prochlorococcus’ intervalle. L’intégration de ce mécanisme dans les modèles sera cruciale pour prédire comment le microbe – et peut-être d’autres espèces marines – évolueront avec le changement climatique.
« Prochlorocoque est un grand signe avant-coureur de changements dans l’océan mondial », a déclaré Dutkiewicz. « Si son aire de répartition s’étend, c’est un canari – un signe que les choses ont beaucoup changé dans l’océan. »
« Il y a des raisons de croire que sa gamme s’élargira avec un monde qui se réchauffe », ajoute Follett. Mais nous devons comprendre les mécanismes physiques qui définissent ces plages. Et les prédictions basées uniquement sur la température ne seront pas correctes. »
Écrit par Jennifer Chu
La source: Massachusetts Institute of Technology
