L'azote est essentiel à la vie marine et aux cycles dans tout l'océan dans un système délicatement équilibré. Les organismes vivants, en particulier les plantes marines appelées phytoplancton, ont besoin d'azote dans des processus tels que la photosynthèse. À son tour, la croissance du phytoplancton absorbe le dioxyde de carbone de l'atmosphère et aide à réguler le climat mondial.

Selon de nouvelles recherches de Thomas Weber, professeur assistant en sciences de la Terre et de l'environnement à l'Université de Rochester, les petits microenvironnements des grands fonds peuvent contenir des indices clés sur le cycle global de l'azote dans l'eau de mer.

Dans un article publié en Géosciences de la nature , Weber et son co-auteur Daniele Bianchi, professeur assistant en sciences atmosphériques et océaniques à l'UCLA, montrent que de petits microbes qui éliminent l'azote de l'eau existent dans ces microenvironnements et sont plus répandus qu'on ne le pensait auparavant. En utilisant ces données, ils ont développé un modèle informatique qui change notre façon de penser le cycle de l'azote marin.

"La compréhension précédente du cycle de l'azote était que l'azote n'était perdu de l'océan que dans trois régions où l'oxygène est rare. Si nous voulions prédire comment le cycle de l'azote réagirait au changement climatique, tout ce que nous avions à faire était de prédire comment ces trois régions à faible teneur en oxygène se dilateraient ou se contracteraient, Weber dit. "Notre étude change cette image en montrant que la perte d'azote se produit en fait sur des régions beaucoup plus grandes, et nous devons réfléchir à l'évolution de l'océan dans son ensemble."

La plupart des organismes marins « respirent, " ou respirer, utilisant de l'oxygène. Lorsque l'oxygène n'est pas présent dans l'eau de mer, les microbes respirent à la place en utilisant d'autres composés comme le nitrate, une forme d'azote. "Cela a pour effet net d'éliminer l'azote de l'océan, ", dit Weber.

Les chercheurs pensaient auparavant que les microbes anaérobies - de petits micro-organismes et bactéries qui n'ont pas besoin d'oxygène pour respirer - n'étaient trouvés que dans des poches de l'océan avec des niveaux d'oxygène exceptionnellement bas; particulièrement, trois régions appelées « zones mortes ».

Weber et Bianchi ont développé un modèle informatique qui prend en compte les nouvelles données génétiques recueillies auprès des microbes océaniques. Les données indiquent que les microbes anaérobies existent non seulement dans les zones d'eau non oxygénée, mais en quelque sorte prospérer dans les zones de l'océan où il y a de l'oxygène. Azote, donc, peut être perdu dans une grande partie de l'océan, pas seulement dans les zones où l'oxygène est rare.

"L'une des plus grandes révolutions océanographiques de ces dernières années a été la révolution génomique, " Weber dit. " Les océanographes ont pu mesurer tous les gènes présents dans l'eau de mer. " L'une de leurs découvertes était que les gènes permettant la respiration anaérobie ne se trouvent pas seulement dans les trois régions; océan.

Chaque fois que l'oxygène est disponible, il ne devrait pas y avoir d'organismes qui respirent de manière anaérobie, dit Weber. "Ils devraient être dépassés par les choses qui utilisent de l'oxygène, parce que c'est une façon beaucoup plus efficace de respirer."

Comment alors, ces organismes anaérobies survivent-ils dans les zones où l'oxygène est présent ?

Weber et Bianchi ont découvert que de petits « microenvironnements » appauvris en oxygène existent partout dans l'océan profond dans la « neige marine » riche en matières organiques — des particules de matière organique, tels que les cellules mortes de plancton et les excréments de zooplancton, collés ensemble. Les microbes gagnent de l'énergie en mangeant la matière organique et en utilisant de l'oxygène pour respirer. Si la respiration est suffisamment intense à l'intérieur des particules, tout l'oxygène peut s'épuiser et les microbes passeront à respirer en utilisant des composés autres que l'oxygène.

"Nous suggérons que les microbes anaérobies peuvent prospérer dans de vastes étendues de l'océan oxygéné, dans la « neige marine organique en train de couler, '" dit Bianchi. "Cela change notre façon de penser le cycle de l'azote et, plus généralement, métabolisme anaérobie dans l'océan, et suggère que les deux pourraient répondre au changement climatique d'une manière qui remet en question notre compréhension actuelle. »

Le réchauffement climatique fait monter la température des océans, entraînant une perte accrue d'oxygène, ce qui peut alors affecter le bilan azoté à travers le monde. Lorsque les humains perturbent une partie du système, cela peut avoir des effets inattendus. Mais les modèles informatiques peuvent aider à mieux prévoir ces conséquences.

"Le réchauffement des océans se produit à cause des émissions humaines de dioxyde de carbone, qui réchauffent la terre dans son ensemble, " dit Weber. " Indirectement, cela modifie la teneur en oxygène et en azote de l'océan. À terme, la croissance du phytoplancton marin et sa capacité à absorber le dioxyde de carbone sont impactées, qui se répercute ensuite sur le changement climatique. Nos nouveaux travaux et autres efforts de modélisation nous aideront à mieux planifier ces conséquences. »