Les petites algues des océans et des lacs de la Terre absorbent la lumière du soleil et le dioxyde de carbone et les transforment en sucres qui soutiennent le reste de la chaîne alimentaire aquatique, engloutissant autant de carbone que tous les arbres et plantes du monde réunis.

De nouvelles recherches montrent qu'une pièce cruciale manque à l'explication conventionnelle de ce qui se passe entre cette première "fixation" du CO 2 en phytoplancton et sa libération éventuelle dans l'atmosphère ou sa descente dans des profondeurs où il ne contribue plus au réchauffement climatique. La pièce manquante ? Champignon.

"Essentiellement, le carbone remonte la chaîne alimentaire dans les environnements aquatiques différemment de ce que nous pensons généralement, " dit Anne Dekas, professeur adjoint de science du système terrestre à l'Université de Stanford. Dekas est l'auteur principal d'un article publié le 1er juin dans Actes de l'Académie nationale des sciences qui quantifie la quantité de carbone qui entre dans les champignons parasites qui attaquent les microalgues.

Manège sous-marin

Jusqu'à présent, les chercheurs ont prédit que la plupart du carbone fixé dans des colonies de carapaces dures, les algues unicellulaires appelées diatomées se transforment ensuite directement en bactéries ou se dissolvent comme du thé dans l'eau environnante, où il est en grande partie absorbé par d'autres bactéries. La pensée conventionnelle suppose que le carbone s'échappe de cette boucle microbienne principalement à travers des organismes plus gros qui broutent les bactéries ou les diatomées, ou par le CO 2 qui retourne dans l'atmosphère lorsque les microbes respirent.

Ce voyage est important dans le contexte du changement climatique. "Pour que la séquestration du carbone se produise, carbone du CO 2 doit remonter la chaîne alimentaire en morceaux de biomasse suffisamment gros pour pouvoir s'enfoncer dans le fond de l'océan, " Dit Dekas. " C'est comme ça que c'est vraiment retiré de l'atmosphère. S'il ne fait que cycler pendant de longues périodes à la surface de l'océan, il peut être rejeté dans l'air sous forme de CO 2 ."

Il s'avère que les champignons créent une voie express sous-estimée pour le carbone, « shunt » jusqu'à 20 % du carbone fixé par les diatomées hors de la boucle microbienne et dans le parasite fongique. « Au lieu de passer par ce manège, où le carbone pourrait éventuellement retourner dans l'atmosphère, vous avez une route plus directe vers les niveaux supérieurs de la chaîne alimentaire, " dit Dekas.

Les résultats ont également des implications pour les environnements industriels et récréatifs qui traitent des proliférations d'algues nuisibles. « En pisciculture, afin de conserver la culture primaire, Comme un poisson, sain, des fongicides peuvent être ajoutés à l'eau, " dit Dekas. Cela empêchera l'infection fongique du poisson, mais cela pourrait également éliminer un contrôle naturel des proliférations d'algues qui coûtent à l'industrie quelque 8 milliards de dollars par an. "Jusqu'à ce que nous comprenions la dynamique entre ces organismes, nous devons faire très attention aux politiques de gestion que nous utilisons."

Interactions microbiennes

Les auteurs ont basé leurs estimations sur des expériences avec des populations de champignons chytrides appelés Rhizophydiales et leur hôte, un type d'algues d'eau douce ou de diatomées nommé Asterionella formosa . Des coauteurs en Allemagne ont travaillé pour isoler ces microbes, ainsi que les bactéries présentes dans et autour de leurs cellules, à partir de l'eau récupérée du lac de Stechlin, à environ 60 miles au nord de Berlin.

"Isoler un micro-organisme de la nature et le cultiver en laboratoire est difficile, mais en isolant et en maintenant deux micro-organismes en tant que pathosystème, où l'un tue l'autre, est un vrai défi, " a déclaré l'auteur principal Isabell Klawonn, qui a travaillé sur la recherche en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Dekas à Stanford. "Seuls quelques systèmes modèles sont donc disponibles pour rechercher de telles interactions parasites."

Les scientifiques ont supposé dès les années 1940 que les parasites jouaient un rôle important dans le contrôle de l'abondance du phytoplancton, et ils ont observé des épidémies de champignon chytride infectant Astérionelle fleurit dans l'eau du lac. Les progrès technologiques ont permis de séparer ces mondes invisibles dans des détails fins et mesurables et de commencer à voir leur influence dans une image beaucoup plus grande.

"Nous réalisons en tant que communauté que ce ne sont pas seulement les capacités d'un micro-organisme individuel qui sont importantes pour comprendre ce qui se passe dans l'environnement. C'est comment ces micro-organismes interagissent, " dit Dekas.

Les auteurs ont mesuré et analysé les interactions au sein du pathosystème du lac Stechlin à l'aide du séquençage génomique; une technique de microscopie à fluorescence qui consiste à attacher un colorant fluorescent à l'ARN dans les cellules microbiennes ; et un instrument hautement spécialisé à Stanford, l'un des quelques dizaines au monde, appelé NanoSIMS, qui crée des cartes à l'échelle nanométrique des isotopes des éléments présents dans les matériaux en quantités infimes. Dekas a dit, "Pour obtenir ces mesures monocellulaires afin de montrer comment le carbone photosynthétique circule entre des cellules spécifiques, de la diatomée au champignon aux bactéries associées, c'est la seule façon de le faire."

La quantité exacte de carbone détourné vers les champignons du manège microbien peut différer dans d'autres environnements. Mais la découverte qu'elle peut atteindre 20 % dans un seul cadre est significative, dit Dekas. « Si vous modifiez ce système de plus de quelques pour cent dans n'importe quelle direction, cela peut avoir des implications dramatiques pour le cycle biogéochimique. Cela fait une grande différence pour notre climat. »