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Une découverte surprenante pourrait réécrire le cycle mondial du carbone

SciTechDaily

Une étude de l'Université de Californie à San Diego révèle que les diatomées océaniques combinent photosynthèse et consommation directe de carbone, ce qui modifie les idées reçues sur leurs méthodes d'absorption du carbone. Cette double stratégie, influencée par les interactions bactériennes, pourrait avoir un impact significatif sur la compréhension du cycle global du carbone.

Les diatomées océaniques, comme Cylindrothèque closteriumproduisent de la biomasse à la fois par photosynthèse et par consommation de carbone organique, une découverte qui pourrait changer notre vision du cycle global du carbone.

Des recherches récentes indiquent que les diatomées vivant dans l'océan ont plus d'une méthode pour accumuler du carbone. photosynthèseCes planctons unicellulaires augmentent également leur biomasse en consommant du carbone organique directement dans l’océan. Cette découverte pourrait inciter les scientifiques à réviser leurs estimations de la quantité de dioxyde de carbone que les diatomées absorbent de l’atmosphère par photosynthèse. Par conséquent, cela pourrait modifier notre compréhension du cycle global du carbone, ce qui est particulièrement important dans le contexte du changement climatique.

Cette recherche est menée par des bio-ingénieurs, des experts en bio-informatique et d'autres chercheurs en génomique de l'Université de Californie à San Diego. Les nouveaux résultats sont publiés dans Progrès scientifiques le 17 juillet 2024.

L'équipe a montré que la diatomée Cylindrothèque closterium, L'eau de mer, présente dans les océans du monde entier, effectue régulièrement un mélange simultané de photosynthèse et de consommation directe de carbone provenant de sources organiques telles que le plancton. Dans plus de 70 % des échantillons d'eau analysés par les chercheurs dans les océans du monde entier, l'équipe a trouvé des signes de photosynthèse simultanée et de consommation directe de carbone organique provenant de sources organiques telles que le plancton. Cylindrothèque closterium.

L'équipe a également montré que cette diatomée espèces peut croître beaucoup plus rapidement en consommant du carbone organique en plus de la photosynthèse.

En outre, les nouvelles recherches laissent entrevoir la possibilité alléchante que des espèces spécifiques de bactéries alimentent directement en carbone organique un pourcentage important de ces diatomées vivant dans l’ensemble de l’océan mondial.

Ce travail est basé sur une approche de modélisation métabolique à l'échelle du génome que l'équipe a utilisée pour démêler le métabolisme de la diatomée Cylindrothèque closteriumLes chercheurs ont limité leur modèle métabolique à l’échelle du génome à l’aide de données d’expression génétique mondiales obtenues lors de l’expédition océanique TARA. Les chercheurs pensent que c’est la première fois que des modèles à l’échelle du génome sont utilisés à l’échelle mondiale.

Les nouvelles données de modélisation métabolique de l'équipe soutiennent les récentes expériences en laboratoire suggérant que certaines diatomées pourraient s'appuyer sur des stratégies autres que la photosynthèse pour absorber le carbone dont elles ont besoin pour survivre, prospérer et créer de la biomasse.

L’équipe dirigée par l’UC San Diego est en train d’élargir la portée du projet pour déterminer dans quelle mesure cette activité non photosynthétique est répandue parmi d’autres espèces de diatomées.

Les bactéries océaniques nourrissent-elles les diatomées ?

Lorsque l’équipe a examiné les paramètres physiques et chimiques mesurés dans leurs échantillons d’eau de mer – y compris la température, le pH, la salinité, la lumière, l’azote et la disponibilité du carbone – elle n’a trouvé aucune corrélation entre ces paramètres et une tendance des diatomées à s’éloigner des stratégies de photosynthèse uniquement.

Cependant, l'équipe a trouvé un signal clair en explorant des populations bactériennes spécifiques coexistant avec la diatomée Cylindrothèque closterium dans les échantillons d’eau de mer. Cette découverte suggère des interactions entre bactéries et diatomées qui favorisent le mélange simultané de photosynthèse et de consommation directe de carbone organique – un phénomène connu sous le nom de « mixotrophie ».

L’équipe pense que des bactéries spécifiques pourraient nourrir directement les diatomées, aidant ces dernières à devenir l’un des microbes les plus performants et les plus importants de la planète, en termes de production d’oxygène, de séquestration du carbone et en tant que fondement des réseaux alimentaires qui soutiennent presque toute la vie dans l’océan.

« Les diatomées contribuent largement aux chaînes alimentaires marines et sont les principaux moteurs du cycle global du carbone. Auparavant, nous avons estimé tous les modèles de cycle du carbone en partant du principe que le seul rôle joué par les diatomées était la fixation du dioxyde de carbone. Nos résultats démontrent que ce n’est pas le cas, mais que les diatomées mangent également du carbone organique. En d’autres termes, nous avons montré que les diatomées ne dépendent pas exclusivement de la fixation du dioxyde de carbone pour leur croissance et leur production de biomasse. Nous pensons que ces résultats auront des implications majeures pour notre compréhension du cycle global du carbone », a déclaré Karsten Zengler, professeur aux départements de pédiatrie et de bio-ingénierie de l’UC San Diego et chercheur au Center for Microbiome Innovation de la Jacobs School of Engineering.

« Bien que des observations curieuses aient été faites en laboratoire sur les diatomées qui s’écartent de la photosynthèse, il était impossible de tester le type de métabolisme que ces diatomées effectuent dans l’océan – jusqu’à présent. En effet, de très nombreux gènes sont impliqués dans ce processus et il est très difficile de déterminer quel processus est actif à partir des seules données d’expression génétique. Notre approche permet de contourner ce défi. »

L’équipe de recherche espère que ces travaux susciteront l’intérêt d’examiner de plus près notre compréhension du cycle global du carbone, en tenant compte de cette nouvelle compréhension plus large de la manière dont les diatomées océaniques obtiennent leur carbone.

Ce que les bactéries qui nourrissent les diatomées peuvent tirer de cette relation est une autre question qui mérite d’être approfondie.

L’étude a été financée par la Fondation Gordon et Betty Moore.

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