Les microbes océaniques collaborent habilement pour récolter de la nourriture quand elle est rare

Que doit faire un microbe marin affamé lorsque les agrégats sont minimes ? Il doit capter des nutriments – azote, phosphore ou fer – pour survivre, mais dans les vastes étendues de l’océan, les nutriments sont extrêmement rares. Et les enjeux sont élevés : les communautés microbiennes marines sont à l’origine de bon nombre des cycles primaires qui soutiennent toute vie sur Terre.

Une solution innovante à ce défi a été signalée cette semaine dans Actes de l’Académie nationale des sciences. Dans les environnements pauvres en nutriments, les microbes marins peuvent se regrouper et communiquer entre eux cellules qui ont des pointes vibrantes ressemblant à des cheveux (cils) à leur surface. Les cils pulsants créent des micro-courants qui peuvent aspirer jusqu’à 10 fois plus de nutriments à la portée des microbes, livrant ainsi un repas à travers travail collaboratif.

Même si l’océan est très turbulent, les microbes peuvent se transformer en confédérations pour diviser le travail, explique l’auteur principal correspondant John H. Costello vient du Providence College et du Marine Biological Laboratory (MBL), Woods Hole, où une grande partie de la recherche a été effectuée.

« Dans toutes les conditions de mélange sauf les plus extrêmes, ces cellules microbiennes vivent dans des espaces inclinés plus petits que les tourbillons causés par le mélange océanique », explique Costello. « Dans leur monde, le fluide environnant est toujours visqueux et ils ne subissent pas de tourbillons turbulents comme le font les humains. »

L’équipe a utilisé une technique appelée vitesse d’image des particules (PIV) pour mesurer la direction et le volume des flux de fluide autour de la diatomée optique marine, Coscinodiscus wailesii, avec et sans « partenaire » associé Pseudomonas coscinodisci. Ils ont découvert que les flux de fluide générés par les battements ciliaires peuvent augmenter le flux de nutriments à la surface d’une cellule de diatomée 4 à 10 fois plus que le flux de diatomée seule.

Cette solution collaborative est un moyen pour les microbes de s’adapter aux environnements pauvres en nutriments. Une autre tactique connue auparavant pour les cellules individuelles consiste à s’enfoncer à de plus grandes profondeurs, ce qui crée un mouvement relatif entre la cellule et l’eau environnante et augmente son exposition à des concentrations plus élevées de nutriments.

« L’enfoncement peut bien fonctionner dans des conditions de faible teneur en nutriments, car le mélange recyclera les cellules des profondeurs vers les couches ensoleillées », explique Costello. « De cette façon, le risque de noyade des diatomées peut être contrecarré par la possibilité de retourner dans des environnements très lumineux. Mais dans des conditions de faible mélange, la formation de consortiums avec des géants pourrait être une solution plus appropriée pour une faible disponibilité en nutriments. »

Les diatomées sont parmi les groupes de photosynthèse unicellulaires les plus importants pour éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Ainsi, l’étude permet de faire la lumière sur les échanges entre les océans et l’atmosphère qui deviennent de plus en plus importants pour comprendre le changement climatique.

« Nous décrivons une solution collaborative – la formation d’un consortium – qui a évolué à une échelle microscopique pour permettre à ces grandes espèces de diatomées de survivre avec succès dans des eaux pauvres en nutriments qui limiteraient leur succès », a déclaré Costello.