Les scientifiques fournissent les premières observations sur le terrain de l’extraction du carbone des coccolithophores

Les coccolithophores, une espèce de phytoplancton largement répandue dans le monde, jouent un rôle essentiel dans le cycle du carbone entre l’océan et l’atmosphère. De nouvelles recherches du Bigelow Oceanographic Laboratory montrent que ces microbes bioluminescents peuvent survivre dans des conditions de faible luminosité en mangeant des formes organiques dissoutes de carbone, obligeant les chercheurs à reconsidérer les processus qui régissent le cycle du carbone de l’océan. Les résultats ont été publiés cette semaine dans La science avance.

La capacité d’extraire le carbone de l’absorption directe du carbone organique dissous est connue sous le nom d’osmotrophie. Bien que les scientifiques aient déjà observé l’élargissement par les coccolithophores à l’aide de cultures cultivées en laboratoire, il s’agit de la première preuve de ce phénomène dans la nature.

L’équipe, dirigée par le chercheur principal William Balch, a mené ses expériences sur des groupes de terriers de coccolithophores dans l’Atlantique Nord-Ouest. Ils ont mesuré la vitesse à laquelle le phytoplancton se nourrissait de trois composés organiques différents, chacun étiqueté avec des marqueurs chimiques à suivre. Les composés dissous ont été utilisés par les coccolithophores comme source de carbone à la fois pour les tissus organiques qui composent leurs cellules individuelles ainsi que pour les feuilles minérales inorganiques, appelées coccolithes, qu’ils sécrètent autour d’eux. L’absorption des composés organiques était lente par rapport à la vitesse à laquelle le phytoplancton peut absorber le carbone par la photosynthèse. Mais ce n’était pas anodin.

« Les coccolithophores ne gagnent aucune » course à la croissance « en mangeant cette matière organique dissoute », a déclaré Balch. « Ils luttent pour l’existence, mais ils peuvent encore grandir, quoique lentement. »

Les plantes, telles que les coccolithophores, obtiennent généralement leur carbone pour leur croissance à partir de formes inorganiques de carbone extraites de l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone et de bicarbonate par photosynthèse. Lorsque les coccolithophores meurent, ils coulent, transportant tout ce carbone vers le fond de l’océan où il peut être reminéralisé ou enfoui, le séquestrant efficacement pendant des millions d’années. Ce processus s’appelle la pompe à carbone biologique.

Dans le cadre d’un processus parallèle appelé pompe à alcalinité, les coccolithophores convertissent également les molécules de bicarbonate des eaux de surface en carbonate de calcium – principalement du calcaire – qui constitue leurs jus protecteurs. Encore une fois, lorsqu’ils meurent et coulent, tout ce carbone inorganique épais est transporté vers le fond marin. Ensuite, une partie se dissout dans le bicarbonate, « pompant » ainsi l’alcalinité de la surface vers la profondeur.

Mais de nouvelles preuves suggèrent que les coccolithophores n’utilisent pas seulement ces formes inorganiques de carbone près de la surface. Ils absorbent également le carbone organique dissous, le plus grand réservoir de carbone organique de la mer, et en fixent une partie dans leurs bouches d’égout, qui finissent par couler dans les profondeurs de l’océan. Cela indique que l’absorption de ces composés organiques flottants est une autre étape dans les pompes biologiques et alcalines qui entraînent le transport du carbone de la surface de l’océan vers les profondeurs en dessous.

« Il existe une énorme source de carbone organique dissous dans l’océan dont nous avons toujours supposé qu’elle n’avait rien à voir avec le cycle des carbonates dans la mer », a déclaré Balch. « Maintenant, nous disons qu’une partie du carbone qui va aller plus loin provient vraiment de cet énorme réservoir de carbone organique dissous. »

Il s’agit du troisième et dernier article publié dans le cadre d’un projet de trois ans. L’effort global a été inspiré par une thèse vieille de plusieurs décennies de William Blankley, étudiant diplômé à la Scripps Institution of Oceanography de l’Université Baltch. Dans les années 1960, Blankley a pu faire pousser des coccolithophores dans l’obscurité pendant 60 jours et les nourrir de glycérol, l’un des composés organiques utilisés dans cette étude. Malheureusement, il est décédé avant la publication de ses recherches. Le fait que les découvertes de Blankley puissent être reproduites après toutes ces années en utilisant une nouvelle technique, a déclaré Balch, est due à la qualité de ces premiers travaux.

Le véritable défi de la dernière étude, cependant, était de mener cette recherche en dehors d’un environnement de laboratoire contrôlé. L’équipe a dû trouver un moyen de mesurer ces composés organiques dans l’eau de mer – à des concentrations ambiantes d’ordres de grandeur inférieurs à ceux des expériences de Blankley – puis de suivre comment ils étaient absorbés par les particules de coccolithophores sauvages.

« Lorsque vous cultivez du phytoplancton en laboratoire, vous pouvez en cultiver autant que vous le souhaitez. Mais dans l’océan, vous prenez ce que vous obtenez », a déclaré Balch. « Le défi était de trouver un signal dans tout le bruit pour dire, comme preuve positive, que les coccolithophores prenaient ces molécules organiques dans leurs jus. »

Bien que le projet actuel soit terminé, Balch a déclaré que la prochaine étape consiste à examiner si les coccolithophores sont capables d’absorber d’autres composés organiques trouvés dans l’eau de mer au même rythme que les trois testés jusqu’à présent. Bien que les molécules de coccolithophore aient utilisé les trois composés dissous à des taux lents dans ces expériences, il existe des milliers d’autres molécules organiques dans l’eau de mer qu’elles pourraient absorber. S’ils en utilisaient davantage, cette découverte pourrait s’avérer être une étape encore plus importante dans la compréhension du cycle mondial du carbone.