On sait peu de choses sur les environnements océaniques profonds. Mais les scientifiques qui se concentrent sur les profondeurs de l'Atlantique Nord en apprennent maintenant davantage sur leurs écosystèmes, y compris le rôle des vastes zones d'éponges marines, et sur la façon de les protéger contre les effets du changement climatique et de l'industrie.

Les éponges d'eau profonde – des invertébrés aquatiques qui passent leur vie attachés aux fonds marins et se trouvent dans presque toutes les zones de l'océan profond – ont été particulièrement négligées en matière de recherche et de conservation. Mais ils sont une composante importante de leurs écosystèmes.

« Compte tenu de leur énorme capacité de filtration et de leur rôle prononcé dans le pompage et le nettoyage de l'océan, les marais d'éponges ont un effet sur la santé des océans, " a déclaré le professeur Hans Tore Rapp de l'Université de Bergen en Norvège.

Mais étudier les éponges n'est pas facile. Trouvé à des profondeurs allant jusqu'à 4, 000 mètres, les éponges sont difficiles d'accès et la plupart ne supportent pas l'exposition à l'air, ce qui rend difficile la réalisation d'expériences en laboratoire.

Distinguer les espèces est également délicat car beaucoup ont des caractéristiques distinctives limitées. "Aujourd'hui, une combinaison d'informations morphologiques et d'ADN a rendu les choses un peu plus faciles, mais cela reste une tâche difficile et très longue, " a déclaré le professeur Rapp.

Le professeur Rapp et ses collègues identifient différentes espèces pour un projet de grande envergure appelé SponGES. Les scientifiques étudient les fonctions écologiques des éponges, comment ces animaux peuvent être utilisés en biotechnologie ainsi que la résilience de leurs écosystèmes.

"Nous utiliserons des outils de modélisation pour regarder vers l'avenir, pour voir comment ces sols d'éponges seront impactés par le changement climatique ou tout type de facteurs de stress, " a déclaré le professeur Rapp.

Génomes d'éponge

Jusque là, les scientifiques ont découvert plus de 30 nouvelles espèces d'éponges et produit les plus grands ensembles de données génomiques sur les éponges jamais créés, qui devrait révéler comment les différentes espèces et populations sont liées. Ils ont également effectué des expériences en laboratoire pour étudier leurs fonctions écosystémiques, comme la façon dont ils absorbent et transforment le carbone et les nutriments inorganiques comme l'azote et le phosphore en nourriture pour le reste de l'habitat.

Maintenant, ils mènent des expériences sur le fond marin. « (Nous) examinons les éponges dans des zones vierges, puis comparons leur fonctionnement dans les zones les plus touchées, que ce soit du pétrole et du gaz ou de l'exploitation minière, " a déclaré le professeur Rapp.

Le projet adopte également une nouvelle approche de la découverte de médicaments. Les produits chimiques que les éponges utilisent pour se défendre pourraient potentiellement être utilisés pour traiter le cancer et les maladies infectieuses.

Les éponges sont généralement broyées et testées pour identifier des composés qui pourraient être utilisés pour développer des médicaments. Le projet, cependant, essaie de se concentrer sur les gènes impliqués dans la fabrication de ces composés afin de pouvoir les produire de manière durable en laboratoire.

"Nous avons déjà identifié certaines des séquences de gènes qui sont liées à la production de composés anticancéreux, " a déclaré le Dr Shirley Pomponi de la Florida Atlantic University aux États-Unis et de l'Université de Wageningen aux Pays-Bas, qui dirige le volet biotechnologie du projet.

Le Dr Pomponi et ses collègues du projet font également un pas de plus vers la création d'implants osseux utilisant l'architecture en éponge. Les éponges produisent des éléments squelettiques microscopiques, ou des spicules, en biosilice qui sont les éléments constitutifs de leurs structures. Il a été découvert que la biosilice induit les cellules ostéoformatrices à produire plus d'os. Les scientifiques espèrent donc fabriquer des échafaudages implantaires avec des cellules ostéoformatrices.

Ils ont réalisé une percée en créant une lignée cellulaire en laboratoire à partir de cellules d'éponges d'eau profonde, ce qui, selon le Dr Pomponi, est la première fois que cela est fait pour un invertébré marin.

Le Dr Pomponi dit que les lignées cellulaires sont passionnantes car elles permettront aux scientifiques d'étudier comment les éponges produisent leurs squelettes ainsi que leurs produits chimiques défensifs. L'équipe se concentre sur la façon de produire de la biosilice et ces produits chimiques en culture tissulaire, elle dit.

En danger

Les résultats du projet sont également déjà reconnus par les décideurs politiques. Les éponges sont désormais inscrites sur la liste rouge norvégienne des habitats menacés, par exemple.

« Nous contribuons maintenant également à intégrer les zones d'éponges dans le plan de gestion des mers nordiques, " a déclaré le professeur Rapp.

En plus des éponges, d'autres éléments des écosystèmes profonds de l'océan Atlantique Nord doivent être mieux compris. Pour y remédier, un projet appelé ATLAS entreprend la plus grande évaluation de la zone à ce jour.

L'Atlantique profond abrite un certain nombre d'écosystèmes vulnérables, déclare le professeur Murray Roberts de l'Université d'Édimbourg au Royaume-Uni, le coordinateur du projet.

"Nous devons comprendre les coraux, les éponges, les palourdes, nous devons comprendre les monts sous-marins, " il a dit.

"Et de manière critique, nous devons comprendre comment l'industrie est déjà active dans ces domaines, et proposant d'augmenter ses opérations, pourrait avoir un impact sur ces systèmes.

Le projet surveille l'océan profond à l'aide d'instruments de surveillance du climat, ainsi que de nouveaux équipements tels que des réseaux de capteurs pour mesurer le dioxyde de carbone et l'acidité afin de fournir pour la première fois des lectures régulières qui seront rendues publiques.

Les nouvelles informations aideront à mieux comprendre la physique de l'océan telle que les modèles de circulation, par exemple, afin que les changements puissent être prédits.

Le projet a publié 49 articles scientifiques, révélateur, par exemple, comment les coraux des fonds marins sont nourris dans un environnement où il y a peu de nourriture disponible.

Les simulations ont montré que les courants d'eau interagissent avec les monticules de corail, qui peuvent atteindre des centaines de mètres de haut pour attirer la matière organique de la surface.

"C'est un exemple étonnant d'ingénierie écosystémique à une échelle que nous n'avons jamais vraiment vue auparavant, " a déclaré le professeur Roberts. Les scientifiques effectueront un suivi en prenant des mesures sur le terrain pour voir s'ils sont d'accord avec leur modèle.

Pêcheries

Un autre aspect du projet consiste à rassembler différents secteurs qui utilisent l'océan, comme les sociétés de pêche et de pétrole et de gaz, pour aménager l'espace marin de manière plus durable. "C'est comme un urbanisme dans un sens pour les océans, " a déclaré le professeur Roberts.

L'objectif de l'équipe est de s'assurer que les activités océaniques sont durables et que les écosystèmes sont préservés.

Ils ont travaillé avec des sociétés pétrolières et gazières multinationales, par exemple, d'évaluer les domaines dans lesquels ils opèrent, où se trouvent des écosystèmes vulnérables tels que les marais d'éponges et les récifs coralliens. L'impact du changement climatique doit également être pris en compte.

"Avec le réchauffement de l'océan Atlantique et l'acidification progressive, les zones qui ont été protégées vont finir par être inadaptées aux choses mêmes qu'elles ont été fermées pour protéger, " a déclaré le professeur Roberts.

Sur la base des résultats scientifiques du projet, l'équipe prévoit de proposer des stratégies de gestion pour des secteurs tels que l'exploitation minière en haute mer et les énergies renouvelables où la croissance est prévue. L'équipe a également développé de nouveaux modèles montrant la répartition des espèces de l'Atlantique profond qui constitueront un bon point de départ.

« Nous avons une bien meilleure compréhension de la probabilité que des espèces vulnérables se trouvent dans des zones que les industries cherchent à exploiter, ", a déclaré le professeur Roberts. "Nous prenons (maintenant) cela dans l'industrie et la politique."

Les éponges :les survivants de la mer

Les naturalistes du XVIe siècle considéraient les éponges de mer comme des plantes, ce sont en fait des animaux qui vivent attachés à des surfaces dans des zones de marée ou des zones aussi profondes que 8, 500 mètres.

Les éponges de mer sont des filtreurs qui peuvent survivre pendant de longues périodes sans nourriture, comme pendant les hivers polaires sans lumière. Certaines éponges peuvent également vivre des centaines d'années. Un spécimen de la taille d'un monospace, que l'on croit vieux de plusieurs siècles à des millénaires, a été découvert 2, 100 mètres sous la surface de l'océan à Hawaï en 2016.

Les cellules spongieuses sont comme les cellules souches :les éponges peuvent régénérer un corps entier à partir d'une seule cellule. Les éponges elles-mêmes n'ont pas d'organes internes. Au lieu, tout leur corps traite l'oxygène et les nutriments.

La plupart des éponges se nourrissent et respirent en extrayant les nutriments et l'oxygène flottant dans l'eau . L'eau pénètre dans les pores d'une éponge et traverse les canaux et les chambres complexes qui forment son corps. Des cellules spéciales tapissant l'intérieur du corps d'une éponge capturent les particules de nourriture et maintiennent l'eau en circulation constante.

Environ 140 espèces d'éponges connues - pour la plupart des habitants des grands fonds - sont carnivores. Ils piègent de minuscules crustacés et larves avec des crochets microscopiques et les digèrent – ​​cellule par cellule – pendant plusieurs jours.