Il s’agit de l’une des migrations les plus massives sur Terre : une énorme biomasse de minuscules plancton qui voyage des profondeurs de la mer vers la surface. Pourtant, tous ces organismes ne disposent pas de membres leur permettant de se propulser vers le haut. Comment certains d’entre eux parviennent-ils à entreprendre un si long voyage reste un mystère.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs a montré qu’une espèce de phytoplancton possède une solution ingénieuse : gonfler jusqu’à six fois sa taille d’origine. Le processus réduit sa densité et lui permet de flotter vers le haut comme un ballon d'hélium, rapportent le bio-ingénieur Manu Prakash et ses collègues de l'Université de Stanford le 17 octobre. Biologie actuelle.
« C'est unique », déclare Andre Visser, océanographe à l'Université technique du Danemark à Kongens Lyngby. « Ils ont en fait plaidé en faveur d'une nouvelle manière permettant à ces cellules de rester flottantes ou de rester près de la surface. »
L'équipe a collecté des échantillons d'eau à environ 160 kilomètres au large des côtes d'Hawaï, recherchant et observant le comportement des Pyrocystis noctiluca. Ce phytoplancton unicellulaire de 1 millimètre de long, mieux connu pour sa bioluminescence, effectue un voyage unique dans une vie d'environ 125 mètres de profondeur à environ 50 mètres, là où il y a plus de lumière solaire dont ils ont besoin pour la photosynthèse. De tels voyages pour le phytoplancton peuvent prendre des jours, contrairement aux petits animaux, ou zooplancton, qui effectuent habituellement le voyage quotidiennement.
En laboratoire, l’équipe a utilisé des microscopes spéciaux qui placent le phytoplancton sur une sorte de « tapis roulant hydrodynamique » pour recréer le mouvement de la cellule remontant la colonne d’eau. « C'est un peu comme une machine de réalité virtuelle pour cellules individuelles », explique Prakash.
P. noctiluca est plus dense que l'eau de mer et devrait couler. Mais au début de son cycle de vie, il gonfle, réduisant sa densité et remontant la colonne d'eau, a découvert l'équipe. À la fin de son cycle de vie de sept jours, la cellule commence alors à se diviser en deux cellules filles au fur et à mesure qu'elle coule. Une fois la division terminée, les deux cellules nouveau-nées se gonflent en se remplissant d'eau de mer et atteignent six fois leur taille d'origine en 10 minutes environ. Et c’est ainsi que le cycle recommence.
Les chercheurs émettent l’hypothèse que la cellule devient moins dense et plus flottante à mesure que les protéines aquaporines de la cellule filtrent le sel dense de l’eau de mer entrante. « De cette façon, vous pouvez avoir un matériau beaucoup moins dense inondant la cellule, ce qui la rend moins dense que l'eau de mer environnante », explique Adam Larson, bio-ingénieur de Stanford.
Le calcium présent dans l’eau de mer pourrait jouer un rôle dans le déclenchement et rendre cette transformation possible, suggèrent des expériences utilisant de l’eau de mer avec et sans calcium.
L’inflation ne fait pas que favoriser l’augmentation du phytoplancton. « Devenir grand a en réalité d’énormes conséquences sur d’autres aspects de leur vie », note Visser. « Les cellules plus grosses ont tendance à présenter un risque de prédation plus faible. Il y a moins de choses qui peuvent les manger. Cela contribue également à l’absorption des nutriments et à la photosynthèse : une plus grande surface permet à la cellule de capter plus de lumière solaire.
