Environ la moitié du dioxyde de carbone atmosphérique est fixé par le phytoplancton océanique, principalement des picocyanobactéries, par un processus appelé photosynthèse. Les picocyanobactéries sont minuscules, micro-organismes unicellulaires abondants et largement répandus dans les milieux d'eau douce et marins. Une grande partie du carbone biologiquement fixé est formée par les picocyanobactéries à la surface de la mer, puis transportée vers les profondeurs océaniques. Mais ce qui reste un mystère, c'est comment la matière organique dissoute colorée qui provient des détritus végétaux (sur terre ou en mer) parvient dans l'océan profond. Une équipe de scientifiques du Centre des sciences de l'environnement de l'Université du Maryland (UMCES) et du monde entier a potentiellement trouvé une source marine viable de ce matériau coloré.

"Nous sommes encore au début de la compréhension du cycle du carbone marin, " a déclaré Michel Gonsior, chimiste au Centre des sciences de l'environnement de l'Université du Maryland. "Jusqu'à présent, les sources de produits chimiques spécifiques dans l'océan ne sont pas bien définies car il s'agit d'un système si vaste et complexe. Donc, tout pas en avant pour démonter la complexité en fait une contribution précieuse."

Dans l'océan profond, la matière organique dissoute affiche un signal de fluorescence qui ressemble à ce que vous verriez dans une rivière ou un ruisseau. Il a été traditionnellement appelé fluorescence de type humique, en supposant qu'il provienne de la dégradation des arbres et d'autres matières organiques terrestres. De nombreux scientifiques ont émis l'hypothèse que ce matériau trouvé dans les profondeurs de l'océan est constitué des restes des rivières et des ruisseaux du monde entier qui l'emportent de la terre vers l'océan. Cependant, il est de plus en plus évident qu'il existe des sources marines de ce matériau, ce qui pourrait bien expliquer la majorité de cette matière colorée trouvée dans l'océan profond.

Les chercheurs de l'UMCES Michael Gonsior et Feng Chen ont fait le premier pas dans la caractérisation de la matière organique libérée par les picocyanobactéries marines. "Notre plan initial était de comprendre le devenir du carbone organique libéré par la lyse virale des picocyanobactéries", a déclaré Feng Chen.

Pour la première fois, les chercheurs ont montré que les picocyanobactéries cultivées, Synéchocoque et Prochlorocoque , trouvés en haute mer libèrent des composants fluorescents qui correspondent étroitement à ces signaux fluorescents typiques trouvés dans les environnements océaniques.

"Les scientifiques n'avaient jamais examiné de près les picocyanobactéries comme source de composés spécifiques dans l'océan auparavant, " a déclaré Gonsior. " Si nous pouvons comprendre quelles sont les sources, nous pouvons mieux déduire ce qui se passe en termes de certains éléments du cycle du carbone marin. "

Si le réchauffement des océans se poursuit, il est prédit que les picocyanobactéries, qui préfèrent les températures élevées, deviendra plus abondante et pourrait augmenter de 10 à 20 pour cent d'ici la fin du siècle, dit Chen. "Ces gars sont très importants, " il ajouta.

"Deux genres de picocyanobactéries— Synéchocoque et Prochloroccos "sont les fixateurs de carbone les plus abondants dans l'océan", a déclaré Chen. Son laboratoire maintient une collection de cyanobactéries et de cyanovirus marins. Certains de ces isolats ont été utilisés dans cette étude.

"Quand tu navigues sur l'océan bleu, beaucoup de picocyanbactéries y travaillent, dit Gonsior. Ils transforment le dioxyde de carbone en carbone organique et sont probablement responsables d'une partie de la couleur de l'océan profond provenant de la matière organique. »

Gonsior et Chen ont regardé la tension de Synéchocoque et trébuché sur la découverte. Chen, un biologiste moléculaire, et Gonsior, un chimiste, prévu de mesurer le devenir de la matière organique dissoute en examinant la composition moléculaire à l'aide de la spectrométrie de masse de pointe entreprise en collaboration avec le professeur Philippe Schmitt-Kopplin au Helmholtz Center for Environmental Health à Munich, Allemagne. De nombreux composés biologiques brillent lorsqu'ils sont excités par la lumière. Gonsior a décidé de faire des analyses optiques qui ont mesuré l'absorbance et la fluorescence, le genre qu'il fait régulièrement sur des échantillons d'eau dans son laboratoire.

"Quand j'ai vu les premières mesures de fluorescence de ces échantillons, c'était très clair ce qui se passait. Nous avons découvert que ces picocyanobactéries libéraient de la matière organique fluorescente, qui imite ce que nous voyons à la fois dans l'océan profond, mais aussi dans les rivières et ruisseaux, " a déclaré Gonsior. "Beaucoup de gens étaient à la recherche de sources de ce matériau de couleur jaune, et nous avons identifié une source viable de matière organique dissoute fluorescente marine qui peut expliquer les signaux observés dans les océans mondiaux profonds. »

"Pour moi, c'est excitant parce que vous avez des cyanobactéries photosynthétiques si abondantes dans l'océan, ", a déclaré Feng Chen. "Nous le savons depuis longtemps, mais personne n'a établi de lien entre les picocyanobactéries et la matière organique dissoute fluorescente", a-t-il ajouté.

L'étude, "Les picocyanobactéries et la matière organique dissoute fluorescente des grands fonds partagent des propriétés optiques similaires" paru dans le numéro du 17 mai de Communication Nature .