Les bactéries marines qui vivent dans les profondeurs sombres de l'océan jouent un rôle nouvellement découvert et important dans le cycle mondial du carbone, selon une nouvelle étude publiée dans Science .

L'"océan noir" - tout ce qui se trouve en dessous de 200 mètres - constitue 90 pour cent de l'océan. On sait très peu de choses sur la vie microscopique dans ce domaine et son rôle essentiel dans la transformation du dioxyde de carbone en matériau cellulaire, protéines, glucides et lipides. Cette matière organique fraîchement produite peut ensuite être consommée par d'autres organismes marins améliorant la productivité de l'océan.

La plupart du carbone de l'océan sombre est capturé dans la zone mésopélagique, qui se situe entre 200 et 1000 mètres sous la surface de l'océan. L'identité des micro-organismes effectuant ce processus et les sources d'énergie impliquées sont restées un grand mystère. En analysant les génomes trouvés dans des échantillons d'eau de mer de cette zone, les scientifiques du laboratoire Bigelow pour les sciences océaniques ont maintenant identifié certains des contributeurs les plus importants - les bactéries oxydant les nitrites.

"Nous savions que ces bactéries étaient là et impliquées dans le cycle global du carbone, mais leur rôle est tellement plus grand que ce que les scientifiques pensaient auparavant, " dit Maria Pachiadaki, chercheur postdoctoral au Laboratoire Bigelow.

Ces bactéries tirent leur énergie de l'oxydation des composés azotés. Ils représentent moins de 5% des cellules microbiennes de l'océan sombre, ce qui a conduit auparavant les scientifiques à largement sous-estimer leur contribution. Cette étude révèle que malgré leur abondance relativement faible, les bactéries oxydant le nitrite capturent plus de 1,1 gigatonne de dioxyde de carbone dans la zone mésopélagique chaque année. Ceci est comparable aux estimations antérieures du carbone total capturé dans l'ensemble de l'océan sombre.

L'équipe a analysé la composition des communautés mésopélagiques microbiennes sur la base d'informations génétiques dans des échantillons d'eau de mer provenant de 40 endroits à travers le monde. Ils ont ensuite utilisé des outils de génomique monocellulaire pour séquencer entièrement des cellules individuelles et examiner leur biologie en fonction de leurs plans génétiques.

"Avant les techniques de génomique, l'océan sombre était une boîte noire, car les micro-organismes de cet environnement refusent de se développer dans les laboratoires de recherche, " dit Ramunas Stepanauskas, chercheur principal au Bigelow Laboratory et directeur du Single Cell Genomics Center. "Maintenant, en utilisant des outils contemporains développés par notre groupe, nous pouvons ouvrir cette boîte noire et comprendre qui y vit, ce qu'ils font, et comment ils le font."

La recherche derrière ce Science L'article a commencé par un effort pour identifier de nouveaux groupes d'organismes microscopiques dans la zone mésopélagique. Selon Pachiadaki, l'explication précédemment acceptée pour la capture du carbone dans l'océan sombre ne semblait pas correcte après une inspection minutieuse. Archée, un groupe de micro-organismes beaucoup plus abondant dans l'océan sombre, avait été crédité d'avoir fait la plupart du travail, mais les maths n'ont tout simplement pas fonctionné. L'équipe a entrepris de découvrir les organismes non identifiés qui étaient les véritables champions de la capture du dioxyde de carbone dans le vaste océan sombre.

L'équipe a analysé près de 3, 500 génomes de bactéries et d'archées. Lorsqu'ils n'ont trouvé aucun autre organisme possédant les voies métaboliques nécessaires pour capturer le carbone et qui s'est produit en assez grande abondance, ils ont commencé à examiner de plus près les bactéries oxydant les nitrites.

Environ 100 des génomes analysés ont été identifiés comme des bactéries oxydant les nitrites, et l'équipe a sélectionné et entièrement séquencé les informations génétiques de 30 organismes représentatifs.

« Si nous n'avions pas les données génomiques, on n'aurait probablement jamais pensé à se pencher sur l'impact de ces bactéries sur le cycle du carbone, " dit Pachiadaki.

Tout au long du projet, les techniques de pointe en génomique ont continué d'évoluer rapidement, et le centre de génomique à cellule unique du laboratoire Bigelow a ajouté une technologie de pointe qui a permis aux chercheurs d'estimer le diamètre des cellules. Soudainement, les scientifiques ont pu voir que les bactéries oxydant les nitrites étaient beaucoup plus grosses que les abondantes archées que l'on pensait auparavant être responsables de la majorité de la capture de carbone dans l'océan sombre.

"Ils peuvent ne représenter que 5 pour cent de la population, mais les cellules des bactéries oxydant les nitrites sont 50 fois plus grosses, " dit Pachiadaki.

Pour vérifier leur hypothèse, l'équipe a conçu une série d'expériences avec des collaborateurs de l'Université de Vienne. Le groupe de recherche du professeur Gerhard Herndl a prélevé des échantillons d'eau de mer de la zone mésopélagique à plusieurs endroits dans l'Atlantique Nord et a ajouté du dioxyde de carbone qui avait été marqué avec une étiquette radioactive. Cela leur a permis de déterminer la quantité absorbée par chaque groupe de micro-organismes, ce qui a confirmé le rôle dominant des bactéries oxydant les nitrites dans la capture du carbone.

"Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur le lien entre les cycles de l'azote et du carbone à l'intérieur des océans, " a déclaré Herndl. " Nous avons démontré expérimentalement le rôle majeur des oxydants de nitrite dans la capture du dioxyde de carbone dans l'océan sombre et il a illuminé un groupe de microbes qui n'a pas encore reçu une attention suffisante pour leur impact dans le cycle du carbone océanique. "