L'océan absorbe rapidement le dioxyde de carbone émis dans l'atmosphère par la combustion de combustibles fossiles et d'autres activités humaines, résultant en des eaux plus chaudes et plus acides. Selon une nouvelle étude, ces conditions peuvent également modifier le comportement de minuscules organismes marins essentiels à la santé des océans.

Des scientifiques de l'observatoire terrestre de Lamont-Doherty et leurs collègues ont découvert que l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone influence l'activité de deux microbes océaniques, Prochlorococcus et Alteromonas, rompre leur précieux partenariat. De tels changements dans les interactions interspécifiques peuvent avoir un impact sur la structure et la fonction globales d'un écosystème. Cette découverte est cruciale pour faire des prédictions plus précises sur la façon dont le changement climatique modifiera l'océan.

"C'est une percée qui aidera les scientifiques à mieux modéliser l'écosystème océanique du futur, " dit Gwenn Hennon, un chercheur postdoctoral de Lamont-Doherty et auteur principal de l'article, qui a été publié mardi dans le Revue ISME .

L'étude s'appuie sur les travaux de 2015 de Dutkiewicz et al., qui a conclu que de vastes étendues de l'océan où Prochlorococcus domine maintenant peuvent changer radicalement en raison des niveaux élevés de dioxyde de carbone et de l'acidification des océans ; La découverte de Hennon révèle l'une des raisons potentielles pour lesquelles.

"Ce qui est frappant dans l'étude de Gwenn, c'est que c'est la première fois que nous sommes capables de montrer mécaniquement comment le dioxyde de carbone élevé influence la relation entre ces microbes, " a déclaré Sonya Dyhrman, un océanographe microbien de Lamont-Doherty et co-auteur de l'article de Hennon. "Nous savons que le Prochlorococcus a besoin de bactéries auxiliaires ou il ne pousse pas bien, mais maintenant, nous sommes en mesure de voir comment ce partenariat se décompose dans les futures conditions océaniques. »

Le prochlorococcus est l'organisme photosynthétique le plus petit et le plus abondant de la planète :environ un million de cellules tiennent dans une cuillère à café d'eau de mer. Bien que les microbes soient minuscules, ils ont un rôle démesuré dans le maintien de la santé et de la productivité de l'océan mondial. Prochlorococcus forme la base du réseau trophique marin, servant de source de nourriture importante pour les organismes unicellulaires légèrement plus gros, qui sont consommés par les espèces des niveaux trophiques supérieurs. Le microbe a également un rôle crucial dans le cycle global du carbone, aider à réguler le climat de la Terre en piégeant le dioxyde de carbone, le déplacer à travers le réseau trophique, et dans l'océan profond.

Prochlorococcus est capable de prospérer dans les conditions pauvres en éléments nutritifs que l'on trouve dans les vastes régions de l'océan ouvert grâce à des aides microbiennes comme Alteromonas, qui prend en charge certaines activités que le petit Prochlorococcus ne peut pas effectuer seul.

Pour mieux comprendre le partenariat entre Prochlorococcus et Alteromonas, Hennon et ses collègues ont cultivé les microbes ensemble en laboratoire sous la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère aujourd'hui, 400 parties par million. Ils ont découvert que les microbes coexistaient de la même manière qu'à la surface de l'océan. Alteromonas a permis à Prochlorococcus de prospérer en nettoyant l'excès de peroxyde d'hydrogène, un « radical libre, " ou molécule instable qui cause des dommages cellulaires. Prochlorococcus n'a pas le gène catalase, une enzyme qui détruit l'accumulation toxique de peroxyde d'hydrogène, il s'appuie donc sur des bactéries comme Alteromonas pour effectuer ce service.

Les chercheurs ont ensuite utilisé leur communauté microbienne florissante pour examiner comment les organismes interagiraient dans un monde à haute teneur en dioxyde de carbone avec des océans plus acides. Lorsque Prochlorococcus et Alteromonas ont été cultivés à moins de 800 parties par million - la quantité de dioxyde de carbone qui devrait être dans l'atmosphère d'ici 2100 - Prochlorococcus avait un taux de mortalité plus élevé et semblait avoir plus de radicaux libres. Mais la surprise était de savoir comment Alteromonas s'est comporté envers Prochlorococcus.

"Sous des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone, Alteromonas ne fournit pas le même niveau de services écosystémiques. Il commence à avoir une relation plus antagoniste avec Prochlorococcus, " dit Hennon.

Hennon et ses collègues ont suivi l'expression des gènes et d'autres activités pour examiner ce qui a changé pour les microbes cultivés à 800 parties par million. Ils ont découvert qu'Alteromonas rejetait son gène « assistant » de la catalase et, à la fois, révèle un gène qui augmente les radicaux libres qui l'entourent. Prochlorococcus est incapable de se débarrasser des toxines, ce qui exerce un stress sur les cellules. Hennon dit qu'Alteromonas peut également accélérer la disparition de Prochlorococcus en se déplaçant vers les organismes alors qu'ils commencent à mourir et à consommer leurs parties en désintégration.

Dyhrman a déclaré qu'il est inquiétant de constater qu'Alteromonas tourne le dos au Prochlorococcus.

"Si aucune autre bactérie n'intervient et ne remplit l'important, rôle utile d'Alteromonas, ce changement d'interaction pourrait avoir un effet profond sur la croissance de Prochlorococcus, abondance, et activités dans le futur océan, " dit-elle. " Quand vous parlez d'un organisme qui domine l'océan mondial, c'est un changement important pour l'écosystème."

Il y a un bon côté à l'aperçu de l'avenir fourni par cette étude. À mesure que les scientifiques améliorent leurs connaissances sur les interactions interspécifiques dans la mer, ils seront mieux équipés pour prédire à quoi ressemblera l'océan à la fin du siècle.

"Cette étude est vraiment un signal d'alarme, " a déclaré Hennon. " Nous devons faire un meilleur travail en incluant des informations comme celle-ci dans les modèles pour comprendre comment le cycle global du carbone, écosystèmes océaniques, et les pêcheries pourraient changer à l'avenir. Si nous ne faisons pas ce travail maintenant, nous serons aveuglés à l'avenir par ces changements écologiques."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de Earth Institute, Université de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.