Dans un effort pour inverser le déclin de la santé des océans du monde, les Nations Unies (ONU) ont déclaré que 2021-2030 serait la Décennie des sciences océaniques pour le développement durable. Les données sur les conditions océaniques mondiales existantes sont l'une des principales exigences de l'initiative scientifique. Une mine de données importante est déjà disponible grâce à l'expédition Tara Oceans, un international, entreprise interdisciplinaire qui a recueilli 35, 000 échantillons de tous les océans du monde entre 2009 et 2013. Les échantillons ont été collectés par des chercheurs à bord d'une goélette, la Tara, à des profondeurs allant de la surface à 1, 000 mètres de profondeur.

Deux articles publiés le 14 novembre dans la revue Cellule sont les derniers à utiliser les échantillons et données collectés lors de l'expédition Tara Oceans pour analyser la diversité sur l'ensemble de la planète plancton, organismes microscopiques qui dérivent sur les courants océaniques essentiels au bien-être de nos océans. Une étude s'est concentrée sur la diversité du plancton dans les océans de la Terre, tandis que l'autre étude a évalué l'expression des gènes parmi les communautés microbiennes comme un moyen de prédire comment ces communautés pourraient s'adapter aux conditions environnementales changeantes.

Diversité du plancton à travers différentes latitudes

"Tout dans l'océan est connecté, ce qui signifie qu'il a le potentiel de se déplacer, " dit Chris Bowler, scientifique du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) à l'Institut de Biologie de l'Ecole Normale Supérieure (IBENS) à Paris et co-auteur principal de l'étude sur le plancton. "C'est pourquoi il est important de tout assembler à l'échelle mondiale. Faire une analyse approfondie nous permet également d'attraper les organismes rares dans la biosphère en plus de ceux qui sont plus abondants."

"Notre étude s'est focalisée sur le plancton car c'est un contributeur majeur des écosystèmes marins en termes de biomasse, abondance, et la diversité, " déclare Lucie Zinger, co-auteur principal de l'IBENS. " Tous les types de vie ont des représentants dans le plancton :les bactéries, archée, protistes, Animaux et plantes, ainsi que les virus. Mais la grande majorité de cette diversité est invisible à l'œil nu."

L'article rapporte que la grande majorité des groupes planctoniques, des virus géants aux petits animaux, suivre un gradient de diversité le long des latitudes, avec le plus faible niveau de diversité le plus proche des pôles. "La température de l'océan est principalement responsable de ce modèle, » note Zinger. « Le réchauffement des océans dû au changement climatique est susceptible de conduire à une « tropicalisation, ' ou augmenter, de la diversité planctonique dans les eaux tempérées et polaires. Les conséquences de cela ne sont pas encore claires, mais nous savons que ces zones géographiques sont actuellement très importantes pour différents services écosystémiques, y compris la pêche et la séquestration du carbone.

Un aspect innovant de cette étude était qu'elle combinait à la fois des techniques d'imagerie et des techniques basées sur l'ADN pour évaluer la diversité du plancton. "Nous savons beaucoup de choses sur la façon de traiter les informations des séquences d'ADN, " dit Bowler. " Mais les images sont beaucoup plus compliquées. Nous avons observé de nombreuses morphologies et comportements différents de ces organismes. Il y a encore beaucoup de nouveaux organismes et de nouveaux types d'interactions entre eux à découvrir."

Comprendre l'activité de la vie microbienne à différentes profondeurs et géographies océaniques

L'étude du transcriptome a combiné des données métagénomiques et métatranscriptomiques, permettant à l'équipe d'analyser l'analyse des gènes présents, ainsi que quels gènes ont été activés, dans les communautés microbiennes océaniques à travers des gradients de profondeur et de latitude. Des études antérieures sur la diversité de la vie microbienne marine ont porté principalement sur les génomes. Ce fut le premier à examiner les transcriptomes à l'échelle mondiale.

« Regarder les transcriptomes est important pour déterminer non seulement quels microbes sont présents, mais que font réellement ces microbes en ce qui concerne des activités telles que la photosynthèse et l'absorption des nutriments, ", explique l'auteur principal Shinichi Sunagawa de l'Institut de microbiologie et de l'Institut suisse de bioinformatique de l'ETH Zurich. "L'un de nos objectifs était de savoir si les communautés microbiennes s'adaptent aux variations de l'environnement et de la température avec des changements dans leur composition les unes par rapport aux autres ou avec des changements de les modèles d'expression des gènes au sein de ces communautés."

Les enquêteurs ont découvert qu'en termes de taxonomie, génomique, et composition transcriptomique, il existe des frontières écologiques distinctes séparant à la fois les eaux de surface des eaux profondes et les régions polaires des régions non polaires. Ils s'attendaient à voir certains de ces changements, tels que des différences dans les niveaux d'organismes photosynthétiques par rapport à la profondeur de l'eau. Mais d'autres observations étaient plutôt inattendues.

"Nous ne nous attendions pas à trouver des modèles biogéographiques pour les mécanismes sous-jacents de la variation de la composition métatranscriptomique. Plus précisément, nous avons constaté que les différences dans les communautés polaires étaient dominées par des changements dans la composition des organismes, tandis que dans les eaux non polaires, les différences étaient dominées par des changements dans l'expression des gènes, " dit Sunagawa. Il ajoute que son équipe a également été surprise de trouver des preuves génomiques et transcriptomiques d'une bactérie fixatrice d'azote dans les eaux profondes de l'Arctique.

"Chaque goutte d'eau de mer est pleine de microbes, qui jouent un rôle central dans de nombreux processus liés à la vie sur Terre, » note-t-il. « Comprendre les facteurs écologiques qui déterminent la diversité, composition, et l'activité de ces organismes est essentielle pour mieux modéliser et prédire les futurs écarts, surtout à la lumière du changement climatique."

Une limitation des données à venir de l'expédition Tara Oceans est que les échantillons ont été collectés sur une période de temps relativement courte, moins de quatre ans. Cela rend difficile l'observation de tendances mesurables dans les océans d'aujourd'hui liées au changement climatique. Les chercheurs disent que des études à plus long terme sont nécessaires pour tenir compte des changements dans des facteurs tels que l'acidification, désoxygénation, et la pollution.

Un appel aux sciences océaniques face au changement climatique

Les chercheurs examinent les obstacles qui ont empêché les changements de politique de durabilité des océans jusqu'à présent et suggèrent des stratégies pour surmonter ces défis dans une perspective publiée le 14 novembre dans le nouveau Cellule Revue de presse Une Terre .

"Comme l'ont révélé les publications de l'évaluation mondiale de la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques et du rapport spécial sur l'océan et la cryosphère du GIEC, les deux en 2019, il est désormais urgent de s'engager dans des voies durables, " explique l'auteur correspondant Joachim Claudet du CNRS. Il ajoute que les principales menaces sur la durabilité de l'océan sont la surexploitation des poissons, fruits de mer, et d'autres organismes; pollution d'origine terrestre et marine; et le changement d'utilisation des terres et de la mer, y compris le développement côtier pour les infrastructures et l'aquaculture; et le changement climatique.

« Nous avons besoin de la science pour développer des preuves qui peuvent mieux éclairer les politiques pour mettre en œuvre des solutions viables, ainsi que des actions opérationnelles et transformatrices pouvant mieux impacter les sociétés, de l'échelle locale à l'échelle mondiale, " dit-il. " Les expéditions Tara ont de multiples valeurs. Ils nous permettent de récolter des produits naturels locaux, chimique, et des données physiques in situ à l'échelle de l'océan. Ces données peuvent alimenter la recherche fondamentale et appliquée. Les programmes de sensibilisation de Tara peuvent également être un moteur du changement le plus nécessaire dans la perception que l'océan est à la fois très précieux et vulnérable."