MOBYDICK – Marine Ecosystem Biodiversity and Dynamics of Carbon around Kerguelen: an integrated view

Comment meurent les diatomées …

par Karine LEBLANC (Institut Méditerranéen  d’Océanographie, CNRS/Université d’Aix-Marseille)

Au cours des programmes KEOPS I et II, nous avions étudié les conditions de croissance de la floraison (ou bloom) phytoplanctonique au printemps et en été au large des Kerguelen. Nous avions en particulier étudié l’effet de fertilisation naturelle de l’archipel sur les eaux environnantes sur les diatomées, ces micro-algues unicellulaires dotées d’une paroi de silice, et si importantes pour la production primaire marine. Les eaux de l’Océan Austral, naturellement riches en silicium dissous, permettent en particulier un développement et une diversité extraordinaire de ces diatomées, l’objet d’étude favori du ‘team silice’ du MIO. La programmation de cette campagne en toute fin d’été nous amène cette fois-ci à être témoins de la fin du bloom de diatomées, événement qui est moins fréquemment étudié que la période printanière, mais qui joue un rôle néanmoins crucial dans la pompe biologique de carbone, puisque c’est à ce moment que les modes de mortalité des organismes vont déterminer la quantité de carone exportée vers les eaux profondes.

 

Un échantillon de diatomées et de radiolaires observées au cours de MOBYDICK.
La rosette, le 'Bottle Net' et le filet à phytoplancton

Pour étudier les mécanismes de la mortalité des diatomées, nous déployons à chaque station plusieurs instruments. Tout d’abord un filet à plancton, qui nous permet de collecter et de concentrer le phytoplancton des 100 premiers mètres de surface. Nous utilisons ensuite la rosette de bouteilles hydrologiques pour prélever de l’eau provenant de différentes profondeurs, généralement entre 0 et 200 m pour y étudier la diversité, et divers processus (activité, productivité, broutage) des organismes planctoniques. Enfin nous collectons grâce à un nouvel instrument qui combine un mini-filet à plancton dans une bouteille Niskin, le ‘Bottle Net’, les particules en cours de sédimentation sous la couche de surface, ce qui va nous permettre de caractériser la nature du flux vertical de carbone et de silice

De premières observations déjà prometteuses!

Les premières observations à bord sont déjà extrêmement prometteuses ! Nous tombons en effet à pic pour observer le déclin des diatomées, et nous avons déjà identifié des stades de résistance et plusieurs mécanismes de mortalité distincts et propres à différentes espèces. Par exemple nous commençons à observer différents stades de vie, qui sont difficiles à observer car souvent transitoires. Des formes dites « d’hiver » commencent à apparaître chez certaines espèces comme Eucampia antarctica, Proboscia alata ou Chaetoceros atlanticus. La morphologie de leur frustule se transforme, et l’on assiste à la coexistence de plusieurs stades pour une même espèce dans les eaux de surface. Ensuite, les teneurs en silicium dissous étant proches de l’épuisement, certaines espèces comme Odontella weissflogii, Thalassiosira sp. et Chaetoceros dichaeta forment des spores de résistances, avec un frustule considérablement transformé, alourdi et rigidifié par un frustule plus épais et une cellule enrichie en composés lipidiques de réserve.

Ci-dessus : Spores de repos d'Otontella weissflogii (a), Thalassiosira sp. (b), Chaetoceros dichaeta (c). Ci-contre : Formes hivernales de Chaetoceros atlanticus (a-c), Eucampia antarctica (d), Proboscia alata

Des diatomées parasitées ...

Outre les stratégies de survie que déploient certaines espèces pour affronter la limitation nutritive et lumineuse hivernale, les diatomées subissent par ailleurs les assauts d’une grande diversité d’organismes : parasites, bactéries, brouteurs micro- et macrozooplanctoniques. Nos observations au microscope révèlent que certaines espèces de diatomées sont des proies privilégiées pour certains types d’organismes. Nous constatons que les immenses chaînes de Corethron inerme commencent à être infectées par des parasites, ce qui va sans nul doute sceller leur destin. Nos collègues du LOG Wimereux ont réussi à isoler certaines de ces cellules, et le séquençage de leur ADN nous permettra d’identifier le parasite coupable.

Chaînes de Corethron inerme, cellule infectée par des parasites (petits points noirs)

D’autres espèces emblématiques de l’Océan Austral comme Fragilariopsis kerguelensis subissent un autre destin. Ces chaînes de diatomées pennées très silicifiées et réputées résistantes au broutage subissent en effet une attaque en règle par différents types de brouteurs. D’une part les très nombreux frustules cassés et broyés témoignent de l’action des mandibules de crustacés zooplanctoniques tels que les copépodes, d’autre part on observe des cellules entières ingérées par des radiolaires de petites tailles (Protocystis tridens, P. bicornuta et P. harstoni). N’ayant pu observer les radiolaires en pleine action, nous ignorons encore si ceux-ci attaquent directement les F. kerguelensis vivantes grâce à leur rhizopode, ou s’ils se nourrissent sur des agrégats ou pelotes fécales contenant des cellules de Fragilariopsis déjà broutées. Dans tous les cas, leur sort n’est pas plus enviable, puisqu’à leur tour ces petites radiolaires sont attaquées par de plus gros organismes comme en témoignent les restes découpés de leurs carapaces de silice.

Manger et être mangé ...

Frustules intacts vides (a-c) et croqués par du zooplancton (b-d) de Thalassiosira lentiginosa (gauche) et Fragilariopsis kerguelensis (droite).
La maxime « Manger et être mangé » illustrée. a-b. Radiolaires (Protocystis) ingérant des diatomées (Fragilariopsis kerguelensis, flèches blanches), c-d. squelettes de Protocystis croqués à leur tour.

Enfin nos premières collectes au bottlenet dans les eaux de profondes révèlent que la grande majorité des particules en cours de sédimentation sont des cellules de diatomées intactes, vides ou sous forme de débris, tandis ce que les pelotes fécales et les agrégats sont relativement peu abondants. Parmi les pelotes fécales, certaines complètement opaques semblent contenir beaucoup de matière organique non digérée, contribuant ainsi fortement à l’export de carbone, tandis que d’autres, visiblement transparentes, sont exclusivement composées de frustules de diatomées en miettes, favorisant ainsi préférentiellement le flux de silice.

Différents types de pelotes fécales. a. plus riche en matière organique, b. plus riche en silice. Les flèches blanches indiquent la présence de Fragilariopsis kerguelensis dans les deux cas.

Ces premiers résultats confortent notre hypothèse de départ, qui est que la pompe biologique est modulée en fonction de la structure des communautés planctoniques, et que toutes les espèces de diatomées ne jouent pas un rôle équivalent dans ce mécanisme. A dans deux ans environ, pour la synthèse complète de nos résultats sous forme de publication scientifique !

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