L'eau de mer est bien plus que de l'eau salée. L'océan est une véritable soupe de produits chimiques.

Une partie de ce bouillon provient de composés carbonés dissous, qui représentent un stock important de carbone mondial, à égalité avec la quantité contenue dans l'atmosphère. Les chercheurs travaillent activement à classer les formes que prend le carbone dans les océans du monde, ainsi que les processus biologiques qui le recyclent dans l'eau de l'océan.

Certaines molécules, comme les protéines et les sucres, s'effondrer facilement, tandis que d'autres sont plus résistants à la dégradation. Une nouvelle étude, dirigé par Shuting Liu, chercheur postdoctoral à l'UC Santa Barbara, ont étudié certains de ces composés plus récalcitrants et les microbes qui peuvent les digérer. Les résultats, qui paraissent dans le journal Limnologie et Océanographie , éclairer les aspects fondamentaux du cycle du carbone océanique et peut aider les scientifiques à prédire le rôle que jouent les microbes dans sa régulation.

Liu et le professeur Craig Carlson, au département d'écologie, Évolution et biologie marine, font partie d'un groupe menant des recherches sur le site d'étude des séries chronologiques de l'Atlantique des Bermudes. Le site est un projet de recherche à long terme dans la mer des Sargasses, elle-même une région de l'Atlantique à proximité des Bermudes. Au cours de nombreuses années, les scientifiques ont remarqué une accumulation de matière organique dissoute dans les eaux de surface pendant les mois d'été les plus calmes. Des conditions plus difficiles en hiver ont mélangé ces composés dans des eaux plus profondes, une couche que les scientifiques appellent la zone mésopélagique - ou, La zone de crépuscule, car couvre les profondeurs les plus basses que la lumière peut atteindre. Une fois que c'est arrivé, une partie de la matière organique se décomposerait, et le cycle recommencerait. L'équipe était impatiente de comprendre pourquoi.

Faire cela, Liu et ses collègues se sont concentrés sur les molécules alicycliques riches en carboxyles, ou CRAM, une gamme particulièrement résistante et diversifiée de composés organiques aux propriétés chimiques similaires, dont certains comprennent les molécules organiques les plus tenaces de l'océan.

Une classe de composés qui correspond à la description CRAM sont les lignines, l'ensemble des molécules qui confèrent au bois sa rigidité. En réalité, Liu a utilisé la lignine comme l'un des quatre composés modèles de type CRAM dans son expérience.

L'objectif de l'équipe était simple. "Nous essayons de voir quels types de microbes réagissent à ces composés de type CRAM dans le mésopélagique, " dit Liu.

Les scientifiques ont introduit leurs quatre composés CRAM modèles dans des échantillons d'eau de mer mésopélagique et observé les résultats. A divers intervalles de temps, ils ont analysé les concentrations de carbone organique dissous et compté le nombre total de cellules bactériennes à l'aide d'un microscope. Le groupe a également utilisé des sondes moléculaires ciblant six lignées microbiennes spécifiques pour déterminer la croissance de chaque lignée par rapport à la croissance cellulaire totale dans l'échantillon. Cela leur a indiqué lequel de ces groupes était le plus actif.

Les chercheurs ont utilisé ces composés à des concentrations d'ordres de grandeur supérieurs à ceux que les microbes ne verraient jamais dans la nature. « Nous étions dans une démarche d'enrichissement expérimental, " Carlson a dit. " Si nous le leur donnons à des concentrations élevées, vont-ils l'utiliser ? Et s'ils l'utilisent, qui l'utilise ?"

Ils ont trouvé que, malgré les caractéristiques communes des composés, leur disponibilité pour les microbes différait entre les différentes lignées. "Certains des composés ont été très facilement utilisés, " dit Carlson, « tandis que d'autres étaient plus résistants à la dégradation, comme la lignine et l'acide humique."

L'expérience a également confirmé l'hypothèse de l'équipe selon laquelle les microbes qui sont relativement plus fréquents chez les mésopélagiques, plutôt que la surface de l'océan, étaient capables de décomposer et d'utiliser ces composés durs. Cette découverte avait déjà été déduite des études génomiques de leurs co-auteurs et collaborateurs Stephen Giovannoni et Jimmy Saw à l'Oregon State University.

Liu et Carlson, entre autres chercheurs, émettre l'hypothèse que la zone mésopélagique abrite une communauté distincte de microbes ayant la capacité de tirer parti de la matière non touchée par les microbes vivant au-dessus. Les bactéries de surface doivent dépenser plus d'énergie pour séquestrer les nutriments comme l'azote et le phosphore, qui sont rares dans l'océan supérieur. Par contre, le plancton photosynthétique vivant à la surface éclairée par le soleil fournit du carbone facilement digestible. Par conséquent, les microbes de surface utilisent probablement les formes de carbone les plus accessibles au lieu de couler de l'énergie dans des composés organiques plus résistants.

Pendant ce temps, l'azote et le phosphore sont abondants plus profondément dans la zone mésopélagique, selon les chercheurs. Par conséquent, les microbes qui y vivent peuvent avoir les ressources et l'énergie pour investir dans la décomposition et l'absorption de formes de carbone plus récalcitrantes, comme les CRAM.

À l'heure actuelle, la relation entre la dégradation des CRAM et la présence de certains microbes dans la zone mésopélagique n'est qu'une corrélation, Liu a expliqué. Elle espère établir un lien de causalité en suivant le carbone des composés CRAM à mesure qu'ils se dégradent et en voyant s'il est absorbé par les microbes qu'elle étudie.

Liu et Carlson prévoient d'utiliser des composés et des concentrations plus similaires à l'eau de mer réelle dans les expériences à venir. Un de leurs collègues utilise la spectrométrie de masse pour caractériser les composés organiques dissous dans l'eau de mer, y compris certains CRAM. Une fois que de nouvelles caractéristiques de ces composés sont identifiées, Liu peut utiliser des méthodes similaires pour extraire des composants organiques de l'environnement et mener une expérience similaire.

"Les microbes sont les organismes qui conduisent ces grands cycles biogéochimiques, " dit Carlson. " Il y en a tellement, ils grandissent si vite, et ils se retournent si vite. Ils peuvent transformer les distributions chimiques d'écosystèmes entiers. Étudier ce qui contrôle la croissance des plus petits organismes de l'océan a de grandes implications sur la façon dont les cycles chimiques sont régis dans l'océan."