Comprendre l’avenir de nos océans grâce au phytoplancton
Les océans couvrent 71 % de la surface de la planète et contiennent environ 97 % de toute l’eau de la Terre. Ils atténuent les phénomènes météorologiques extrêmes, produisent de l’oxygène, jouent un rôle essentiel dans la sécurité alimentaire et stockent l’excès de CO2. Au cours des dernières décennies, ils ont subi de plein fouet le changement climatique, avec pour conséquence une diminution de leur salinité, une augmentation de leur acidité et une intensification de leur réchauffement. Le changement climatique de ces dernières décennies a entraîné d’importantes modifications environnementales susceptibles de réduire la disponibilité des nutriments pour le phytoplancton — des organismes microscopiques vivant à la surface des océans. Ce phénomène se répercute à son tour sur les communautés d’espèces et la structure des niches écologiques. Le phytoplancton, des cellules autotrophes, joue un rôle central dans la production biologique des océans et est également responsable d’environ 40 % de la fixation du carbone inorganique sur Terre. L’augmentation future du nombre de zones à faible concentration de phytoplancton modifiera radicalement le cycle du carbone sur Terre.
Un regard plus attentif sur le phytoplancton
Le projet MAPAPAIMA, financé par l’UE et réalisé avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA), entend étudier la façon dont le phytoplancton peut s’adapter à des conditions pauvres en nutriments pour survivre. «Cela peut nous aider à comprendre l’avenir de la communauté phytoplanctonique, des océans et de la fixation du carbone sur Terre», explique Mathias Girault, titulaire d’une bourse MSCA. Il ajoute: «Nos recherches se sont concentrées sur un mécanisme d’adaptation particulier essentiel à la survie de nombreux phytoplanctons vivant dans des environnements à faible teneur en phosphate. Ce mécanisme fait intervenir une enzyme extracellulaire, la phosphatase alcaline.» En utilisant la matière organique dissoute, cette enzyme permet de diversifier les sources de phosphore pour le phytoplancton, lui assurant ainsi un meilleur taux de survie lorsque ce nutriment se fait rare.
Nouvelle plateforme microfluidique
«La principale réalisation du projet a été la mise au point d’une plateforme microfluidique innovante et d’un laboratoire sur puce capables de mesurer avec succès l’activité de la phosphatase alcaline (APA) au niveau monocellulaire», rapporte Mathias Girault. La plateforme se compose d’une série d’algorithmes de traitement d’images pour la détection des cellules cibles et le tri des gouttelettes ainsi que d’un système autonome d’analyse d’images. Elle peut contribuer à mettre en lumière les espèces qui libèrent de la phosphatase alcaline, dans quelle mesure et de quelle manière les prévisions futures sur les conditions environnementales peuvent être utilisées afin de modifier cette activité enzymatique. Mathias Girault souligne en outre: «Grâce à notre méthode analytique, nous avons pu, pour la première fois, comparer l’APA du phytoplancton revivifié à partir d’une carotte sédimentaire afin d’étudier l’évolution et l’adaptation de l’expression de l’APA en fonction du temps.» Le projet a découvert des variabilités inter et intraspécifiques de l’APA, suggérant qu’en un demi-siècle, deux espèces différentes de phytoplancton ont pu subir une évolution adaptative similaire pour faire face aux changements environnementaux et acquérir des avantages écologiques.
Considérations sur les recherches futures
Les résultats du projet représentent les premières étapes de la découverte de l’adaptation du phytoplancton à la restriction des nutriments. En ce qui concerne les prochaines étapes, Mathias Girault fait remarquer qu’avec le développement d’un système microfluidique complet, il serait désormais intéressant d’avoir une vue détaillée de l’adaptation du phytoplancton à la limitation des nutriments dans le temps. En utilisant, par exemple, du phytoplancton revivifié à partir d’une couche de sédiments plus profonde. «En outre, il serait intéressant de faire revivre des cellules de phytoplancton plus récentes afin de détecter les effets des rejets de nutriments d’origine humaine sur la capacité métabolique des cellules de phytoplancton», conclut Mathias Girault.
Mots‑clés
MAPAPAIMA, phytoplancton, océan, phosphatase alcaline, plateforme microfluidique, niveau monocellulaire