Les diatomées sont un groupe d'algues très courant que l'on trouve non seulement dans les cours d'eau douce, des rivières et des lacs, mais aussi dans les eaux marines. Ces organismes unicellulaires sont particulièrement répandus dans les eaux de l'océan Austral autour de l'Antarctique. Étant donné un approvisionnement adéquat en nutriments et en lumière, les diatomées peuvent se multiplier avec une force explosive telle qu'elles créent une "floraison" d'algues.

Au cours de leur cycle de croissance rapide, les diatomées absorbent d'énormes quantités d'oligo-éléments et de nutriments de la couche d'eau de surface, notamment du silicium pour former leurs coquilles, et du zinc, qui joue un rôle physiologique essentiel dans leur développement. L'épuisement important des nutriments causé par la prolifération d'algues est plus important dans la couche d'eau la plus élevée et affecte la chimie de la plupart des grands océans du monde, un phénomène décrit par une équipe de chercheurs dirigée par Derek Vance, Professeur de géochimie et pétrologie à l'ETH Zurich, dans un article publié récemment dans la revue académique Géosciences de la nature .

Les diatomées consomment des nutriments

Les chercheurs peuvent suivre la reproduction massive de ces organismes en examinant les profils de profondeur de concentration en zinc et en silicium dans l'eau de mer de différents océans :les profils sont identiques pour les deux éléments, avec un appauvrissement important dans le premier kilomètre de la colonne d'eau. La conclusion de l'étude est que cela est causé par l'activité biologique des diatomées dans la couche de surface autour de l'Antarctique, suivi par le transport des masses d'eau appauvries en nutriments résultantes vers d'autres parties de l'océan dans les courants.

appauvri en nutriments, la couche supérieure de l'eau s'écoule en direction de l'équateur. Comme il atteint une latitude d'environ 45-50 degrés, il s'enfonce sous une couche superficielle plus chaude. Cette couche d'eau intermédiaire s'étend bien dans les océans du nord et ne se mélange pas complètement avec les autres couches, et reste donc privé de nutriments.

Toutes les eaux de surface autour de l'Antarctique ne s'écoulent pas vers l'équateur. Très près du continent antarctique lui-même, les eaux de surface deviennent très salées et denses en raison de la formation de glace de mer. Cette eau dense s'enfonce dans l'abîme. Les algues qui fleurissent à la surface se terminent souvent par une sorte de mort massive une fois que tous les nutriments ont été épuisés. Ils s'enfoncent alors dans cet océan profond. Au fur et à mesure qu'elles coulent, certaines diatomées sont également "emballées" dans des particules excrétées par de minuscules créatures marines et, dans les profondeurs de l'océan, les cellules se décomposent et libèrent du zinc et du silicium dans l'eau de mer. Les courants océaniques profonds qui se déplacent vers le nord transportent les oligo-éléments à 5000 mètres sous la surface. Cela permet au zinc et au silicium de se reconstituer.

L'eau du fond s'écoule en une large boucle en direction de l'équateur et revient vers l'Antarctique, où l'upwelling vertical transporte les nutriments enrichis à la surface de l'eau inondée de lumière, permettant aux diatomées de commencer un nouveau cycle de reproduction.

La contradiction expliquée

L'idée de coupler le cycle de vie des diatomées avec les courants dominants de l'océan Austral permet également aux chercheurs dirigés par le professeur Vance de résoudre le paradoxe selon lequel les profils de profondeur du silicium et du zinc sont similaires, même si les deux substances sont nécessaires pour différentes parties des cellules.

Le zinc est nécessaire aux enzymes de la partie organique des cellules, tandis que le silicium est utilisé pour former la coque inorganique. On s'attendrait à ce que la partie organique des diatomées se décompose près de la surface de l'eau, et la coquille inorganique dans les couches d'eau inférieures. Cela devrait théoriquement produire des profils de profondeur différents - mais un tel phénomène n'est pas observé. Les chercheurs pensent que c'est parce que la décomposition des cellules mortes ne se produit pas dans l'eau de surface, mais seulement une fois que ces cellules se sont enfoncées à une profondeur moyenne. A ce niveau, les composants organiques et inorganiques se décomposent et les deux oligo-éléments sont libérés dans la même masse d'eau.

Exactement pourquoi les diatomées absorbent des quantités relativement importantes de zinc, même s'ils ont besoin de très peu, n'est pas encore clair, selon le professeur de l'ETH. Une explication possible est que les organismes ont des protéines de transport qui transportent le fer nutritif essentiel dans la cellule. L'eau de mer contient très peu de fer, toutefois. "Pour pouvoir absorber le plus de fer possible, ces protéines de transport sont peut-être hyperactives. Comme effet secondaire, ils absorbent également (non spécifiquement) des ions métalliques doublement chargés positivement, dont le zinc, " explique le professeur Vance.

En expédition pour collecter des diatomées

Pour tester cette hypothèse, l'un des doctorants de Vance et deux post-doctorants participent à l'expédition circumpolaire antarctique de l'Institut polaire suisse. Ils recueilleront des échantillons d'eau de mer et cultiveront les diatomées dans l'eau dans différentes conditions nutritives dans le laboratoire de bord. Les scientifiques vont fertiliser certaines diatomées avec du fer, par exemple, pour étudier l'effet de cet oligo-élément sur la croissance cellulaire. L'analyse chimique de la coquille et des alvéoles ne sera effectuée qu'après l'expédition, de retour à l'ETH Zurich, car un spectromètre de masse spécial est nécessaire pour mesurer les quantités extrêmement faibles d'oligo-éléments dans les coquilles de diatomées.

Comprendre comment les diatomées affectent les cycles des nutriments dans les océans du monde aide les scientifiques à évaluer les conséquences potentielles du changement climatique. "Si le réchauffement climatique fait monter la température ou baisser la teneur en sel de l'eau de mer, les courants océaniques et la répartition des oligo-éléments et des nutriments pourraient également changer, ce qui affecterait à son tour les diatomées et leur activité biologique », souligne le professeur Vance.