Échantillonnage de la lagune de la rivière Trunk, Falmouth, Masse., pour étudier la formation et l'effondrement des efflorescences microbiennes. Une équipe du parcours Diversité Microbienne du Laboratoire de Biologie Marine, Trou de bois, a mené l'étude. Crédit :Rhys Probyn
Une découverte scientifique commence souvent par une observation fortuite faite par des esprits ouverts qui réalisent son potentiel. Cela se produit encore et encore dans les cours de formation avancée en recherche de la MBL. Un nouvel aperçu mène à un projet de recherche de cours qui, une fois le cours terminé, peut s'épanouir en une collaboration scientifique à grande échelle qui continue de connecter les participants aux cours à travers le monde.
En 2014, les étudiants et les professeurs du cours sur la diversité microbienne de la MBL ont fait une observation si fortuite. Une équipe l'a suivi dans les années à venir et la semaine dernière, ont publié leurs idées dans le journal Microbiome environnemental .
L'histoire a commencé à la lagune de Trunk River, près de la piste cyclable Shining Sea à Falmouth, Masse., qui pendant des décennies a été un "laboratoire naturel" pour le cours sur la diversité microbienne avec d'autres sites de terrain locaux, comme le marais Sippewissett. (Le cours, créé à MBL en 1971 par Holger Jannasch, fêtera ses 50 ans cette année).
"Quelques jours après avoir pataugé dans la partie peu profonde de la lagune de Trunk River, nos empreintes sont devenues jaunes, " dit l'auteur principal Emil Ruff, assistant d'enseignement en 2014-15 et maintenant scientifique au Centre des écosystèmes de la MBL et au Centre Josephine Bay Paul.
Ruff a émis l'hypothèse que la suspension jaune (que les participants au cours ont appelée « limonade » microbienne) était une efflorescence de soufre générée par des micro-organismes qui associent la photosynthèse à l'oxydation du soufre. Les pas des étudiants ont probablement provoqué des herbes marines en décomposition et d'autres matières organiques, libérant du sulfure dans l'eau et créant un habitat propice à la floraison de microbes rares.
Les proliférations de micro-organismes ne sont pas rares dans les plans d'eau. Certains sont si énormes qu'ils sont visibles depuis les satellites. Certains sont nocifs, car ils peuvent être toxiques pour les animaux, ou conduire à un appauvrissement en oxygène dans certaines zones de l'océan. Les efflorescences générées par des concentrations élevées de sulfure sont généralement préoccupantes, car ils peuvent devenir toxiques pour les poissons, moules et oiseaux. Il y a beaucoup de questions ouvertes sur ce qui déclenche la formation et l'effondrement des blooms.
Un étudiant du cours MBL sur la diversité microbienne échantillonnant à la lagune de Trunk River, Falmouth, Mass. La tache jaune à gauche est une floraison naturelle de phototrophes oxydant les sulfures. Crédit :Elise Cowley
L'année prochaine, Ruff et une équipe du cours sur la diversité microbienne sont retournés à Trunk River dans le but de créer et de suivre intentionnellement des proliférations pour étudier la formation et l'évolution des communautés microbiennes au fil du temps. Ils ont creusé des trous dans le lagon et ajouté des poteaux qui leur ont permis de prélever quotidiennement des échantillons à plusieurs profondeurs sans perturber la colonne d'eau.
« Souvent en écologie microbienne, nous essayons de comprendre un écosystème dans son état stationnaire. Mais on ne sait pas encore combien de temps il faut à un écosystème pour se rétablir après une perturbation et ce qu'il faut pour établir une communauté [microbienne] diversifiée, " dit Ruff. La conception expérimentale a permis à l'équipe de recherche de suivre la communauté microbienne alors qu'elle commençait à s'assembler, mûri et stratifié dans le temps, et s'est effondré à la fin de la floraison.
La compréhension de ces dynamiques est particulièrement importante dans les écosystèmes estuariens, comme la lagune de la Trunk River, qui sont exposés aux perturbations naturelles et humaines. Les estuaires offrent non seulement une protection importante contre l'érosion côtière, ils capturent également le carbone de l'atmosphère et le séquestrent. Ils servent également de source de nourriture et de terreau pour une grande partie de la biodiversité côtière.
"L'écologie et la biogéochimie à l'origine des blooms provoqués par le soufre nous ont montré à quelle vitesse les choses peuvent changer, et comment les écosystèmes et les microbiomes peuvent changer rapidement en cas de perturbations, " dit Ruff.
Une découverte surprenante était l'endroit où les microbes de la floraison, appelés phototrophes anoxygéniques, ont trouvé des conditions de vie optimales. Avant l'étude, on pensait généralement que la plupart des microbes de bloom ne pouvaient pas se développer en présence d'oxygène. Les trouver dans des eaux légèrement oxiques a conduit les chercheurs à examiner leurs génomes. Ils ont découvert que certaines espèces de Chlorobiales - la lignée bactérienne responsable de la majeure partie de la biomasse de la floraison et de la couleur jaune - codent pour des enzymes qui combattent le stress oxygéné, ce qui pourrait expliquer la tolérance à l'oxygène des microbes. Ceci et d'autres idées ont déjà lancé de nouveaux projets de recherche de cours.
Comme les différentes fonctions des microbes dans la communauté estuarienne de Trunk River, le cours Diversité Microbienne rassemble des enseignants-chercheurs, professeurs et étudiants issus de divers horizons et domaines de recherche.
"Ce que j'ai trouvé remarquable, c'est l'éventail des compétences dans le cours, " dit Ruff. " Vous pouvez rassembler un groupe de chercheurs qui peuvent examiner tous les aspects d'un écosystème, y compris la microbiologie, la physique, la chimie et tout le reste. Cette approche holistique est ce que le cours défend et transmet à ses étudiants chaque année, depuis 49 ans."
