Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
En mer, un scientifique tient un échantillon de plancton à la lumière et observe le contenu chatoyant. Ce spectacle étincelant est causé par des milliers d'organismes microscopiques vivant à la surface de la mer, leur complexe, squelettes cristallins réfractant et réfléchissant la lumière du soleil.
Ces organismes, un type de plancton appelé acanthaires, sont très abondants dans tous les océans du monde et sont des recycleurs clés de carbone et d'autres nutriments au sein de l'écosystème marin.
Les acanthaires sont difficiles à étudier. Ils ne poussent pas en laboratoire et sont si délicats et fragiles qu'ils sont souvent détruits lors de l'échantillonnage. Et comme ils sont trop petits pour être vus à l'œil nu, ils suscitent moins d'intérêt de la part des chercheurs que d'autres organismes marins, comme les coraux constructeurs de récifs. Mais Margaret Brisbin, un doctorat étudiant dans l'unité de biophysique marine de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), pense que ces organismes valent la peine d'être examinés de plus près.
La chose la plus intéressante à propos des acanthaires est peut-être leur relation symbiotique avec les algues photosynthétiques qui vivent à l'intérieur. Les algues aident le plancton en leur fournissant du carbone organique, leur permettant de vivre dans des environnements pauvres en nutriments où de nombreux autres organismes ne peuvent pas survivre.
Ces minuscules hôtes planctoniques et leurs partenaires algales pourraient avoir un rôle important à jouer dans l'élimination du dioxyde de carbone de l'atmosphère. Les algues symbiotiques fixent le dioxyde de carbone à un taux élevé pendant la photosynthèse, mais quand leurs hôtes meurent, leurs lourds squelettes de strontium les transportent au fond de l'océan, emprisonnant le carbone profondément sous la surface et le gardant hors de l'atmosphère. « Dans notre présent, atmosphère enrichie en carbone, c'est préférable, dans un sens, avoir des photosynthétiseurs rapides, " explique Brisbin.
Les acanthaires et leurs algues symbiotiques sont trop petits pour être vus à l'œil nu, mais sous le microscope leurs belles formes et structures sont révélées. Dans les deux premières photos, la fluorescence rouge est l'algue symbiote. En haut à droite, le vert est les lysosomes hôtes. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
Mais quoi, si quoi que ce soit, le gain des algues de cette symbiose n'est pas clair. Certains biologistes pensent que la relation entre les hôtes planctoniques et les algues symbiotiques est un parasitisme inverse - une sorte d'asservissement, où les hôtes exploitent les algues. Cependant, Brisbin pense qu'il peut y avoir plus à l'histoire.
"Je suis intéressé à savoir si les algues tirent quelque chose de la relation, ou s'ils sont simplement cultivés par le plancton et digérés plus tard, " elle dit.
Brisbin et ses collègues ont collecté des échantillons d'eau de mer regorgeant de minuscule plancton au cours d'un voyage de recherche d'un mois dans la mer de Chine orientale. Ils ont filtré l'eau de mer à travers un filet à plancton pour collecter les acanthaires, puis transféré chaque cellule hôte dans une boîte séparée, un par un, à l'aide d'une micropipette en verre. Ils ont également conservé des échantillons d'eau de mer de chaque site afin de pouvoir comparer les algues libres dans l'eau avec les algues trouvées à l'intérieur des hôtes planctoniques.
Marguerite Brisbin, doctorant dans l'Unité de Biophysique Marine de l'OIST, contient une fiole conique contenant du plancton. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
Prochain, ils ont fait une analyse génétique des organismes, extraire l'ARN de cellules hôtes individuelles et séquencer un gène marqueur avec le soutien de la section de séquençage de l'OIST pour déterminer le nombre de différents types d'algues au sein de chaque hôte acantharien individuel. Ils ont découvert que chaque hôte contient une communauté diversifiée d'algues symbiotiques, suggérant que les hôtes du plancton collectent des algues plusieurs fois au cours de leur vie. Leurs résultats sont disponibles en version pré-imprimée sur bioRxiv.
Les chercheurs ont également découvert que les séquences génétiques des algues à l'intérieur des hôtes du plancton différaient considérablement de celles des algues dans l'eau de mer provenant de l'endroit où le plancton a été trouvé, ce qui signifie que les deux populations contiennent différents types d'algues. Cela implique que le plancton soit en train de choisir quelles algues spécifiques absorber, ou que les algues symbiotiques restent à l'intérieur pendant de longues périodes.
Dessin zoologique montrant la diversité des hôtes planctoniques acanthaires. Crédit :Ernst Haeckel. 1862. « Die Radiolarien (Rhizopoda radiaria) »
La microscopie confocale à fluorescence sur les organites digestifs des acanthaires a révélé que les organismes ne digéraient pas les algues. Ceci est cohérent avec l'idée que les algues sont maintenues par leurs hôtes au fil du temps.
Un séjour prolongé chez les hôtes planctoniques peut protéger les algues contre la consommation d'autres organismes ou les protéger contre les infections virales. D'autres études devront déterminer si les algues tirent vraiment des avantages de la symbiose, mais les chercheurs ont conclu qu'il est au moins possible que cette relation soit mutualiste, plutôt que d'exploiter, comme proposé précédemment.
Un hôte acanthari et ses algues symbiotiques, indiqué en rouge, comme on le voit au microscope confocal à fluorescence. Crédit : Institut des sciences et technologies d'Okinawa
