Une nouvelle étude montre que les "points chauds" de nutriments entourant le phytoplancton, qui sont de minuscules algues marines produisant environ la moitié de l'oxygène que nous respirons chaque jour, jouent un rôle démesuré dans la libération d'un gaz impliqué dans la formation des nuages ​​et la régulation du climat.

La nouvelle recherche quantifie la façon dont des bactéries marines spécifiques traitent un produit chimique clé appelé diméthylsulfoniopropionate (DMSP), qui est produit en quantités énormes par le phytoplancton. Ce produit chimique joue un rôle central dans la façon dont le soufre et le carbone sont consommés par les micro-organismes dans l'océan et libérés dans l'atmosphère.

Le travail est rapporté dans le journal Communication Nature , dans un article de Cherry Gao, étudiante diplômée du MIT, ancien professeur de génie civil et environnemental au MIT, Roman Stocker (maintenant professeur à l'ETH Zurich, en Suisse), en collaboration avec Jean-Baptiste Raina et le professeur Justin Seymour de l'University of Technology Sydney en Australie, et quatre autres.

Plus d'un milliard de tonnes de DMSP sont produites chaque année par les micro-organismes des océans, représentant 10 % du carbone absorbé par le phytoplancton, un « puits » majeur pour le dioxyde de carbone, sans laquelle les gaz à effet de serre s'accumuleraient encore plus vite dans l'atmosphère. Mais exactement comment ce composé est traité et comment ses différentes voies chimiques figurent dans les cycles mondiaux du carbone et du soufre n'étaient pas bien compris jusqu'à présent, dit Gao.

« Le DMSP est une source importante de nutriments pour les bactéries, " dit-elle. " Il satisfait jusqu'à 95 pour cent de la demande de soufre bactérien et jusqu'à 15 pour cent de la demande de carbone bactérien dans l'océan. Compte tenu de l'ubiquité et de l'abondance du DMSP, nous nous attendons à ce que ces processus microbiens aient un rôle important dans le cycle global du soufre."

Gao et ses collègues ont génétiquement modifié une bactérie marine appelée Ruegeria pomeroyi, provoquant sa fluorescence lorsque l'une des deux voies différentes de traitement du DMSP a été activée, permettant d'analyser l'expression relative des processus dans diverses conditions.

L'une des deux voies, appelé déméthylation, produit des nutriments à base de carbone et de soufre que les microbes peuvent utiliser pour soutenir leur croissance. L'autre voie, appelé clivage, produit un gaz appelé sulfure de diméthyle (DMS), ce que Gao explique "est le composé qui est responsable de l'odeur de la mer. En fait, j'ai beaucoup senti l'océan dans le laboratoire lorsque j'expérimentais."

Le DMS est le gaz responsable de la majeure partie du soufre d'origine biologique qui pénètre dans l'atmosphère à partir des océans. Une fois dans l'atmosphère, les composés soufrés sont une source clé de condensation pour les molécules d'eau, de sorte que leur concentration dans l'air affecte à la fois les régimes de précipitations et la réflectivité globale de l'atmosphère à travers la génération de nuages. Comprendre le processus responsable d'une grande partie de cette production pourrait être important à plusieurs égards pour affiner les modèles climatiques.

Ces implications climatiques sont "pourquoi nous sommes intéressés à savoir quand les bactéries décident d'utiliser la voie de clivage par rapport à la voie de déméthylation, " afin de mieux comprendre quelle quantité de DMS important est produite dans quelles conditions, dit Gao. "C'est une question ouverte depuis au moins deux décennies."

La nouvelle étude a révélé que la concentration de DMSP à proximité régule la voie utilisée par les bactéries. En dessous d'une certaine concentration, la déméthylation était dominante, mais au-dessus d'un niveau d'environ 10 micromoles, le processus de clivage dominait.

"Ce qui nous a vraiment surpris, c'est après expérimentation avec les bactéries modifiées, nous avons constaté que les concentrations de DMSP dans lesquelles la voie de clivage domine est plus élevée que prévu, des ordres de grandeur supérieurs à la concentration moyenne dans l'océan, " elle dit.

Cela suggère que ce processus a rarement lieu dans des conditions océaniques typiques, concluent les chercheurs. Plutôt, Les « points chauds » à micro-échelle de concentration élevée de DMSP sont probablement responsables d'une quantité hautement disproportionnée de la production mondiale de DMS. Ces « points chauds » à micro-échelle sont des zones entourant certaines cellules de phytoplancton où des quantités extrêmement élevées de DMSP sont présentes à environ mille fois plus que la concentration océanique moyenne.

"Nous avons en fait fait une expérience de co-incubation entre les bactéries modifiées et un phytoplancton producteur de DMSP, " dit Gao. L'expérience a montré " qu'en effet, les bactéries ont augmenté leur expression de la voie de production de DMS, plus proche du phytoplancton."

La nouvelle analyse devrait aider les chercheurs à comprendre les détails clés de la façon dont ces organismes marins microscopiques, par leur comportement collectif, affectent les processus biogéochimiques et climatiques à l'échelle mondiale, disent les chercheurs.