Des chercheurs en microbiologie de l'Oregon State University ont jeté un nouvel éclairage sur les mécanismes du cycle du carbone dans l'océan, en utilisant une nouvelle approche pour suivre quels microbes consomment différents types de carbone organique produit par des espèces de phytoplancton courantes.

La recherche est une étape importante vers la prévision de la quantité de carbone qui quittera l'océan pour l'atmosphère sous forme de gaz à effet de serre (gaz à effet de serre) et de la quantité qui finira enfouie dans les sédiments marins, dit Ryan Mueller, professeur agrégé au département de microbiologie de l'OSU et responsable de l'étude.

Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

"Nos recherches montrent que différentes espèces de microbes dans l'océan sont très particulières mais prévisibles dans les sources de nourriture qu'elles préfèrent manger, " a déclaré le premier auteur Brandon Kieft, un récent doctorat de l'État de l'Oregon. diplômé qui est maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de la Colombie-Britannique. « Alors que le changement climatique mondial continue de modifier les environnements océaniques à un rythme rapide, la disponibilité des sources de nourriture pour les microbes changera également, favorisant finalement certains types par rapport à d'autres."

Le phytoplancton est un organisme microscopique à la base de la chaîne alimentaire de l'océan et un élément clé d'une pompe à carbone biologique critique. La plupart flottent dans la partie supérieure de l'océan, où la lumière du soleil peut facilement les atteindre.

Les minuscules plantes autotrophes - elles fabriquent leur propre nourriture - ont un effet important sur les niveaux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère en l'aspirant pendant la photosynthèse. C'est un puits naturel et l'un des principaux moyens par lesquels le CO 2 , le gaz à effet de serre le plus abondant, est nettoyé de l'atmosphère; le dioxyde de carbone atmosphérique a augmenté de 40 % depuis l'aube de l'ère industrielle, contribuant fortement au réchauffement de la planète.

"Nous étudions les consommateurs - les microbes hétérotrophes - de la matière organique fabriquée par les producteurs primaires, le phytoplancton microbien, " Mueller a dit. " Les deux groupes sont des microbes, le premier consomme principalement du carbone organique comme source de nourriture, tandis que ces derniers « fixent » leur propre carbone organique. Les microbes forment la base du réseau trophique et de la pompe à carbone biologique, et notre travail est principalement axé sur l'exploration de ce que les consommateurs font dans ce système. »

La surface de l'océan stocke presque autant de carbone qu'il en existe dans l'atmosphère. Alors que l'océan attire le dioxyde de carbone atmosphérique, le phytoplancton utilise le CO 2 et la lumière du soleil pour la photosynthèse :ils les convertissent en sucres et autres composés que les cellules peuvent utiliser pour produire de l'énergie, produire de l'oxygène dans le processus.

Ce carbone dit fixe constitue le régime alimentaire des microbes hétérotrophes et des organismes supérieurs du réseau trophique marin tels que les poissons et les mammifères, qui finalement reconvertissent le carbone en CO atmosphérique 2 par la respiration ou contribuent au stock de carbone au fond de l'océan lorsqu'ils meurent et coulent.

L'activité respiratoire collective des consommateurs microbiens hétérotrophes est le principal moyen par lequel le carbone organique dissous fixé du phytoplancton est renvoyé dans l'atmosphère sous forme de CO 2 .

Mueller, Kieft et ses collaborateurs des laboratoires nationaux d'Oak Ridge et de Lawrence Livermore et des universités du Tennessee, Washington et l'Oklahoma ont utilisé l'étiquetage des isotopes stables pour suivre le carbone au fur et à mesure qu'il pénètre dans la matière organique produite par le phytoplancton et, finalement, les microbes hétérotrophes qui le consomment.

Les scientifiques ont utilisé ces isotopes pour déterminer quels organismes mangeaient des diatomées et lesquels consommaient des cyanobactéries, deux espèces de phytoplancton qui se combinent pour produire la majorité du carbone fixe de l'océan. Les chercheurs pouvaient également dire quand la consommation se produisait, par exemple, parfois les cellules du phytoplancton produisaient des substances appelées lysats pendant leur phase de mort ou exsudats pendant leur phase de croissance.

"Nos résultats ont des implications importantes pour comprendre comment les microbes marins et les algues photosynthétiques fonctionnent ensemble pour avoir un impact sur le cycle mondial du carbone et comment ce réseau trophique océanique peut répondre aux changements environnementaux continus, ", a déclaré Kieft. "Cela nous aidera à prédire combien de carbone retournera dans l'atmosphère et combien sera enfoui dans les sédiments marins pendant des siècles."