Comment les diatomées (les «bijoux» de l’océan) révèlent notre climat passé et futur
Les diatomées constituent le groupe le plus diversifié et le plus abondant de phytoplancton (des plantes microscopiques). Selon Chris Bowler(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de l’institut de recherche IBENS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), malgré leur petite taille, les diatomées sont responsables d’un cinquième de la photosynthèse de la planète, soit l’équivalent de toutes les forêts tropicales humides. Leurs caractéristiques les plus frappantes sont leur paroi cellulaire en verre (silice) et une extraordinaire variété de formes et de tailles, semblables à des bijoux. Les différentes espèces étant parfaitement adaptées à des conditions environnementales spécifiques, elles en disent long sur l’adaptation au changement climatique. «Nous connaissions leur importance pour les écosystèmes océaniques, mais nous ne disposions pas d’une vue d’ensemble adéquate de leur diversité et de leur abondance par rapport à d’autres groupes de phytoplancton», explique Chris Bowler, coordinateur du projet DIATOMIC, financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Pour tenter d’obtenir une telle vue d’ensemble, Chris Bowler s’est appuyé sur la base de données de Tara Océan(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), issue d’une campagne d’échantillonnage mondiale de quatre ans qu’il a contribué à coordonner. «Cet ensemble de données est devenu la référence absolue de la génomique océanique. Source des milliers de publications scientifiques, il s’agit de la première ressource de ce type à aider les scientifiques à explorer la répartition du plancton et les adaptations évolutives», souligne Chris Bowler.
Développer des méthodes d’extraction de l’ADN des sédiments marins anciens
Tara Océan a développé une base de données de 40 000 types de plancton échantillonnés de la surface de l’océan mondial jusqu’à des profondeurs de 1 000 mètres, à laquelle des méthodes analytiques normalisées, notamment le séquençage de l’ADN et la microscopie, peuvent être appliquées. DIATOMIC visait à recenser la diversité et l’abondance des diatomées dans l’océan actuel et à les utiliser pour étudier les changements survenus dans les communautés de diatomées en réponse à des modifications de l’environnement, telles que la dernière période glaciaire. «Nous essayons de surprendre l’évolution en flagrant délit», déclare Chris Bowler. Le projet a concentré ses recherches sur le genre Chaetoceros, qui est le genre de diatomées le plus abondant et le plus cosmopolite. Certaines espèces produisent des spores de longue durée qui peuvent être récupérées dans les sédiments marins pour l’extraction d’ADN, elles représentent donc des populations anciennes. Des paléo-indicateurs bien établis – liés aux changements de température, de saisonnalité, de couverture glaciaire et de productivité marine (photosynthèse) – ont été mis en corrélation avec des changements tels que des déplacements de population et des mutations de gènes clés. L’Arctique et l’Antarctique présentaient un intérêt particulier en raison des changements climatiques spectaculaires qu’ils ont connus au fil du temps. L’analyse de carottes de sédiments de la péninsule Antarctique couvrant 10 000 ans a révélé des changements majeurs de température, de couverture glaciaire et de saisonnalité, ainsi que des microfossiles de diatomées bien conservés. L’extraction de l’ADN ancien a permis de faire correspondre les données morphologiques avec les données génétiques, révélant ainsi comment les populations se sont déplacées en réponse aux changements environnementaux. Les informations génétiques ont également révélé des changements dans les gènes codant pour les protéines nécessaires aux adaptations thermiques, ainsi que la sélection de mutations bénéfiques particulières, ajoute Chris Bowler. Une autre carotte de sédiments provenant de la mer du Labrador, dont les données remontent à 50 000 ans, a mis en évidence des changements génétiques au cours de la période du dernier maximum glaciaire(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et même plus tôt au cours de la période des événements de Heinrich(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), lorsque d’énormes icebergs ont déferlé dans l’Atlantique Nord.
Analyse de l’impact du changement climatique à l’échelle mondiale
L’océan étant au cœur du système climatique de la planète, les chercheurs doivent comprendre l’impact probable du changement climatique sur les écosystèmes marins et leurs fonctions planétaires. Les techniques de DIATOMIC, qui analysent l’ADN ancien afin d’identifier les changements survenus lors de perturbations passées, apportent de précieuses indications. «Bien que nos travaux portent essentiellement sur les 50 000 dernières années, une période relativement récente, ils nous permettent de mieux quantifier l’impact des activités humaines sur le fonctionnement de la planète, car ils remontent également dans le temps avant que celles-ci n’aient un impact significatif sur le fonctionnement de la planète», explique Chris Bowler. L’équipe a réussi à surmonter d’importantes difficultés pour récupérer de l’ADN vieux de 2 millions d’années à partir de diatomées et de l’écosystème au sens large et elle affine à présent ses techniques pour mieux analyser l’ADN d’un plus grand nombre de carottes sédimentaires marines prélevées dans plusieurs régions océaniques.