Représentation visuelle des bactéries marines dans l'océan. Crédit :Laura Gómez-Consarnau
Une équipe de recherche dirigée par l'USC a découvert que les microbes marins avec un métabolisme spécial sont omniprésents et pourraient jouer un rôle important dans la façon dont la Terre régule le climat.
L'étude trouve des bactéries contenant des rhodopsines, un pigment accrocheur au soleil, sont plus abondants qu'on ne le pensait. Contrairement aux algues, ils n'extraient pas le dioxyde de carbone (CO2) de l'air. Et ils deviendront probablement plus abondants dans les océans qui se réchauffent, signalant un brassage des communautés microbiennes à la base de la chaîne alimentaire où se déroule le travail de conversion d'énergie.
« Les océans sont importants pour le changement climatique car ils jouent un rôle clé dans le cycle du carbone. Comprendre comment cela fonctionne, et les organismes marins impliqués, nous aide à affiner nos modèles climatiques pour prédire le climat à l'avenir, " a déclaré Laura Gómez-Consarnau, professeur assistant (recherche) de biologie à l'USC Dornsife College of Letters, Arts et Sciences.
L'étude paraît aujourd'hui dans Avancées scientifiques . Gómez-Consarnau est l'auteur principal d'une équipe internationale de scientifiques de Californie, Chine, le Royaume-Uni et l'Espagne.
Les résultats rompent avec l'interprétation traditionnelle de l'écologie marine trouvée dans les manuels, qui stipule que presque toute la lumière du soleil dans l'océan est capturée par la chlorophylle des algues. Au lieu, les bactéries équipées de rhodopsine fonctionnent comme des voitures hybrides, alimenté par la matière organique lorsqu'elle est disponible, comme la plupart des bactéries, et par la lumière du soleil lorsque les nutriments sont rares.
Prélèvement d'eau de mer en mer Méditerranée. Crédit :Josep M. Gasol
Les rhodopsines ont été découvertes il y a 20 ans, et les scientifiques de l'USC et d'ailleurs ont étudié leur prévalence et leur métabolisme depuis. Ces microbes ont des systèmes de protéines sensibles à la lumière dans leurs membranes cellulaires qui piègent la lumière du soleil, une adaptation analogue à la façon dont les bâtonnets et les cônes de l'œil humain captent la lumière.
Dans cette étude, les chercheurs ont trollé un 3, Une bande de 1 000 milles de long de l'océan Atlantique oriental et de la mer Méditerranée en 2014. Ils ont échantillonné des micro-organismes dans la colonne d'eau jusqu'à 200 mètres pour tenter de déterminer à quel point les rhodopsines sont répandues et dans quelles conditions elles sont favorisées.
Ils ont découvert que les photosystèmes de rhodopsine étaient beaucoup plus abondants qu'on ne le pensait auparavant et concentrés dans les eaux pauvres en nutriments. Dans de telles zones oligotrophes, ils surpassent les algues pour capter la lumière. Alors que les algues utilisent la lumière du soleil et le CO2 pour produire de la matière organique et de l'oxygène, les pigments de rhodopsine utilisent la lumière pour fabriquer de l'adénosine triphosphate, la monnaie énergétique de base qui pilote de nombreux processus cellulaires.
"Les rhodopsines semblent être plus abondantes dans un océan pauvre en nutriments, et à l'avenir, l'océan sera plus pauvre en nutriments à mesure que les températures changent, " expliqua Gómez-Consarnau. " Alors, avec moins de nutriments près de la surface, les algues auront une photosynthèse limitée, et le processus de rhodopsine sera plus abondant. Nous pouvons avoir un changement dans le futur, ce qui signifie que l'océan ne pourra pas absorber autant de carbone qu'aujourd'hui. Donc plus de gaz CO2 peut rester dans l'atmosphère, et la planète pourrait se réchauffer plus vite."
Jusque là, les simulations informatiques de ce à quoi pourrait ressembler le réchauffement climatique à l'avenir ne tiennent pas encore compte de ce changement microbien.
Navire de recherche "Sarmiento de Gamboa", dans lequel l'équipe de recherche a collecté des échantillons d'eau de mer pour cette étude. Crédit :Josep M. Gasol
Des études antérieures ont montré que les rhodopsines représentent environ 80% des bactéries marines, sur la base d'analyses génétiques. Mais c'est la première étude à mesurer réellement leur concentration dans l'océan et où ils aiment se rassembler.
L'étude souligne comment les scientifiques apprennent de nouvelles voies par lesquelles les organismes acquièrent de l'énergie pour vivre. Par exemple, ils savent depuis longtemps que les plantes et les algues utilisent la chlorophylle pour convertir le soleil et les nutriments en sucres; En effet, environ la moitié de toute la photosynthèse sur Terre est réalisée par les algues à la surface de l'océan. Et ils ont découvert la vie des fonds marins soutenue par l'énergie chimique des minéraux et des composés chimiques libérés par les cheminées volcaniques des grands fonds. Dans cette recherche, ils ont appris que les bactéries, longtemps considérés principalement comme des décomposeurs dans un écosystème, peut en fait fonctionner comme un principal producteur d'énergie à la surface de l'océan.
"Nous estimons que, compte tenu des concentrations trouvées dans l'eau de mer, les rhodopsines pourraient capter plus d'énergie lumineuse que la chlorophylle dans l'océan, ", a déclaré Gómez-Consarnau.
"Ces résultats modifient l'hypothèse fondamentale selon laquelle la biosphère marine n'est alimentée que par la lumière du soleil capturée par les chlorophylles lors de la photosynthèse des algues."
Cela signifie également que, années dans le futur, les communautés microbiennes vont probablement changer, résultant en moins de fixation du carbone dans l'océan. Pour évaluer pleinement comment les résultats affectent la capacité de l'océan à absorber les gaz à effet de serre, Gómez-Consarnau a déclaré que les flux de CO2 dans les systèmes marins devront être réévalués et que les futurs modèles climatiques devront inclure ce métabolisme bactérien.
