Les coccolithophores sont des algues marines microscopiques qui utilisent le dioxyde de carbone pour se développer, et libèrent du dioxyde de carbone lorsqu'ils créent leurs coquilles de calcite miniatures. Ces minuscules, les micro-organismes planctoniques abondants pourraient donc être gravement touchés par l'augmentation actuelle des émissions de dioxyde de carbone. Des scientifiques du CNRS, Le Mans Université, Sorbonne Université, Aix-Marseille Université et l'ESRF, le synchrotron européen, ont révélé la structure 3-D de niveau nano de leurs coquilles de calcite, offrant de nouvelles perspectives pour l'évaluation du rôle de ces micro-organismes minuscules dans le cycle global du carbone. Une étude publiée dans Communication Nature montre de nouvelles corrélations entre leur masse et la taille de la matrice organique autour de laquelle se déroulent la nucléation et la croissance de la calcite.

Vous n'en avez probablement jamais entendu parler, mais vous avez peut-être remarqué par inadvertance des coccolithophores sur des images satellites de la mer lorsqu'une magnifique tache de couleur turquoise laiteux apparaît dans les eaux de surface, indiquant que des milliards de ces phytoplancton calcifié unicellulaire sont présents.

Environ un tiers du dioxyde de carbone rejeté dans l'atmosphère à la suite de l'activité humaine est absorbé par les océans, où il réagit chimiquement et rend l'eau plus acide. Cette, à son tour, rend difficile pour certains organismes marins calcifiants, comme les étoiles de mer, oursins, coraux, et les coccolithophores pour construire leurs coquilles ou squelettes.

Quand de minuscules organismes impactent le cycle mondial du carbone

Coccolithophores, organismes unicellulaires beaucoup plus petits que les pixels sur votre écran d'ordinateur, sont des acteurs actifs du cycle du carbone. Ils vivent dans les couches superficielles de la mer, où ils utilisent la lumière pour la photosynthèse, fixation du CO 2 en matière organique entraînant une diminution du CO dissous 2 dans l'océan. Contrairement à d'autres phytoplanctons photosynthétiques, les coccolithophores produisent de la calcite (c'est-à-dire CaCO 3 ) sous forme de minuscules plaquettes appelées « coccolithes ». La calcification des coccolithophores utilise du bicarbonate (HCO 3 ) de l'eau de mer et libère du CO 2 . Lorsque les cellules coccolithophores meurent, les coccolithes et la matière organique associée s'enfoncent lentement dans les fonds marins, contribuant ainsi au stockage du carbone dans le réservoir océanique profond. Bien qu'ils soient de minuscules organismes, les coccolithophores jouent un rôle clé dans le cycle global du carbone du fait qu'ils sont très abondants dans les océans.

Plusieurs études récentes en laboratoire et sur le terrain indiquent que l'acidification des océans est susceptible d'entraver la calcification des coccolithophores. Cependant, certaines études ont rapporté une augmentation de la calcification des coccolithophores dans des conditions plus acides.

Dévoilement de la masse des coccolithes

Comprendre comment les facteurs environnementaux influencent le degré de calcification des coccolithes est donc d'un intérêt important. L'enjeu crucial est de pouvoir estimer avec précision la masse de la coquille de calcite de ces microorganismes. "Nous avons développé une méthode pour estimer la masse des coccolithes individuels en utilisant la microscopie optique automatisée, " explique Luc Beaufort, chercheur CNRS. " Bien que cette technique soit très utile pour mesurer la masse d'une grande quantité de coccolithes en peu de temps, il était crucial d'évaluer la précision de ces mesures en les comparant avec une autre méthode très précise."

Les scientifiques Alain Gibaud et Thomas Beuvier, utilisateurs réguliers de l'ESRF, mettre Yuriy Chushkin et Federico Zontone, scientifiques de l'ESRF, en contact avec les paléontologues Luc Beaufort et Baptiste Suchéras-Marx et le biologiste marin Ian Probert. La technique d'imagerie cohérente par diffraction des rayons X sur la ligne de lumière ESRF ID10 a été utilisée pour générer des informations incroyablement détaillées sur la structure 3-D (et donc la masse) des coquilles et des coccolithes individuels de plusieurs espèces de coccolithophores.

L'équipe a pu calibrer la méthode de microscopie optique et a constaté que chaque coccolithe dans la coquille a des caractéristiques différentes, bien qu'ils soient tous créés dans les mêmes conditions environnementales. Pour expliquer les variations de taille et de masse des coccolithes au sein d'un seul coccolithophores, ils ont constaté que la masse des coccolithes est proportionnelle à la taille de l'échelle organique autour de laquelle la nucléation de la calcite se produit tous les 110 à 120 nm.

"L'expérience à l'ESRF était difficile car les échantillons, à cinq à sept microns, étaient presque trop gros pour que nous puissions étudier. Avec une imagerie de diffraction cohérente, we managed to get information in 3-D and reconstruct the individual calcite crystals of the coccoliths, " says Yuriy Chushkin, scientist at the ESRF. "En réalité, the largest samples scattered the beam so well that in one hour we had the full 3-D data set that we needed, " conclut-il.

The next step for the team is to use the 3-D computed images of these coccoliths to get a deeper understanding of how calcification is controlled by these extraordinary phytoplanktons and of the mechanical properties of these tiny but very intricate calcite structures.