Dans les océans du monde, les microbes captent l'énergie solaire, catalyser les transformations biogéochimiques clés d'éléments importants, produire et consommer des gaz à effet de serre, et constituent la base du réseau trophique marin. Les écologistes microbiens travaillant au sein du laboratoire de Sonya Dyhrman à l'observatoire terrestre de Lamont-Doherty s'efforcent de comprendre les processus écosystémiques des océans en étudiant une multitude de créatures, trop petit pour que l'œil humain puisse le voir. Ce sont les minuscules microbes appelés phytoplancton qui vivent sous la surface de l'océan, absorber le dioxyde de carbone, la lumière du soleil et des nutriments pour produire de l'oxygène. Cet oxygène est essentiel à la survie humaine.

"L'une des devises de notre laboratoire est 'respirez, remercier un phytoplancton, '", a déclaré le chercheur Matthew Harke. Les diatomées, un type de phytoplancton microscopique, sont estimés produire un cinquième de l'oxygène que nous respirons.

"Le monde microbien invisible sous-tend la pêche, climat, et la fonction même des écosystèmes océaniques, et nous voulons savoir comment ces écosystèmes vont évoluer à l'avenir, " explique Dyhrman.

L'une des questions qui anime l'équipe de Dyhrman est la suivante :comment ces diatomées si importantes survivent-elles et prospèrent-elles dans des conditions difficiles ? Une nouvelle étude rédigée par Harke et des membres de l'équipe Dyhrman publiée aujourd'hui dans ISME fait la lumière.

« Sur la base de ces dernières recherches, nous devrions probablement changer la devise de notre laboratoire pour « respirer, remercier un phytoplancton et ses amis, "", a déclaré Harke. Sa découverte caractérise une relation symbiotique entre les diatomées et les bactéries. "Nous avions le sentiment que cette relation amicale était essentielle au succès de la diatomée, mais leur relation était en grande partie non caractérisée, " dit Harke.

Harke et les recherches de l'équipe décrivent une fonction similaire à celle de la digestion humaine.

« Nous savons que le microbiome humain est d'une importance cruciale pour notre santé – nous ne pourrions pas digérer nos déjeuners sans les nombreuses bactéries utiles qui vivent avec nous ! Grâce à mes recherches, nous montrons que le phytoplancton repose également sur des partenariats bactériens utiles, " dit Harke.

Les organismes microscopiques qui intéressaient l'équipe comprenaient une diatomée et son partenaire symbiotique, la cyanobactérie fixatrice d'azote. Parce que ces organismes sont très difficiles à cultiver en laboratoire, l'équipe Dyhrman a dû naviguer au milieu de l'océan Pacifique, à des centaines de kilomètres des côtes d'Hawaï, pour les trouver. Il s'agit d'une vaste région océanique piégée par des courants connus sous le nom de tourbillon subtropical du Pacifique Nord (NPSG). Cette eau séquestrée forme un écosystème qui tend à être pauvre en ressources, comme l'azote et le phosphore. C'est une sorte de désert océanique par rapport aux écosystèmes côtiers riches en nutriments. Ici, le laboratoire Dyhrman participe à un programme en cours, effort de collaboration connu sous le nom de Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology, ou PORTÉE. L'étude, financé par une subvention de plusieurs millions de dollars fournie par la Fondation Simons, engage des partenaires scientifiques du monde entier. L'équipe a passé au crible des milliers de litres d'eau de mer, qu'ils ont collecté pendant quatre jours en juillet 2015.

"Parce qu'ils sont microscopiques, nous avons utilisé des outils moléculaires pour explorer ces interactions. De l'eau filtrée, nous avons séquencé tous les gènes activés et désactivés par ce partenariat et utilisé des superordinateurs pour reconstituer la façon dont leurs métabolismes étaient entrelacés au cours des cycles jour-nuit, " expliqua Harke.

Surtout, la recherche suggère que ces "amis" peuvent aider les diatomées à survivre aux conditions difficiles des océans ouverts où les nutriments des plantes sont rares. Par exemple, la recherche a été témoin de modèles d'expression génique partagés indiquant le partage des ressources nécessaires à la croissance. L'"ami" de la diatomée dans ce partenariat est capable de capturer l'azote gazeux et de le convertir en une forme utilisable, nourrir la diatomée de l'azote dont elle a tant besoin en échange d'une protection (les diatomées ont une coquille semblable à du verre) et de carbone. La recherche a également trouvé des preuves génétiques de la façon dont les deux organismes restent ensemble et se reproduisent.

"Avec cette étude, nous avons apporté une nouvelle vision du fonctionnement de ce partenariat, fournir un aperçu d'une base de référence que nous devrons étudier pour prédire à quoi s'attendre dans un futur océan, " a déclaré Harke. Le NPSG est l'un des plus grands biomes sur Terre. " Alors que le climat continue de changer, ces océans oligotrophes [privés de nutriments] devraient s'étendre, rendant probablement ces partenariats plus importants. »