Renforcer l’expertise scientifique sur la compréhension des écosystèmes planctoniques grâce à la coopération entre jeunes chercheurs et chercheuses

Le projet Plancton océanique, Climat et Développement (2016-2022), en partenariat avec le Fonds Français pour l’Environnement Mondial (FFEM*), a permis à la Fondation et ses laboratoires partenaires de mettre en place un programme de formations et d’échanges d’expertises pour la compréhension des écosystèmes planctoniques. De jeunes chercheurs et chercheuses du Sud (Argentine, Brésil, Chili, Sénégal et Togo) aux expertises diverses (généticien, mathématicien, biologiste, etc.) ont intégré le consortium scientifique international Tara Oceans pour révéler de nouvelles connaissances sur cette biodiversité. Découvrez les résultats de l’étude.

Science collaborative entre jeunes scientifiques

Dans le cadre du projet Plancton océanique, Climat et Développement , une publication scientifique collaborative est parue le 18 août 2023 dans ISME Communications. Naturellement, ils ont uni leurs recherches et résultats. 

Cette science collaborative a été bénéfique pour chacun d’entre eux, bénéficiant de l’expertise des autres et du soutien collectif. En travaillant ensemble ils ont gardé le contact sur la durée du projet et ont pu initier de réelles collaborations scientifiques, favorables à la création d’un réseau solide.

Une collaboration enrichissante sur le plan scientifique….

“La science et la communauté scientifique progressent. Il y a quelques années, chacun travaillait sur ses propres projets de recherche et il y avait une réelle course à la publication scientifique dans les meilleurs journaux” confie Janaina Rigonato, post-doctorante brésilienne dans le cadre du projet et chercheuse au Génoscope. Elle explique comment cette démarche de collaboration entre jeunes chercheurs et chercheuses est une preuve de progression dans le milieu scientifique :  “ensemble, nous allons plus loin. Lorsque nous mettons en présence des personnes qui peuvent apporter des points de vue différents sur un même sujet, cela enrichit la science.”

“Le Brésil dispose d’une communauté scientifique diversifiée et active, et ses objectifs scientifiques couvrent un large éventail de domaines et de secteurs de recherche. Il est important de noter que les objectifs scientifiques du Brésil évoluent au fil du temps en fonction des priorités nationales et mondiales. Les priorités de la recherche sont influencées par les politiques gouvernementales, les financements disponibles et les besoins de la société et de l’environnement. En outre, la collaboration internationale joue un rôle important dans l’avancement de la science brésilienne et la réalisation des objectifs scientifiques mondiaux. Avec son littoral étendu (7 637 km), le Brésil accorde de l’importance à la recherche marine, à l’étude de la biodiversité marine, à l’océanographie et à la gestion durable de la pêche.” ajoute t-elle.

…. et sur le plan humain

“Bien sûr les partages de moments de science s’accompagnent toujours d’échanges personnels, où chacun laisse un peu de lui-même, et apporte avec lui un peu des autres” confie Janaina.

^{De gauche à droite : Marko BUDINICH, Alejandro MURILLO, Manoela BRANDAO, Janaina RIGONATO, Pierella KARLUSICH, Dodji SOVIADAN au Laboratoire d’Océanographie de Villefranche (LOV) avec deux de leurs coordinateurs scientifiques, Olivier JAILLON (Génoscope) et Lars STEMMANN (LOV).}

Une diversité hétérogène d’organismes planctoniques dans la zone mésopélagique

L’étude portée par les scientifiques du projet s’est concentrée sur des organismes vivant dans la zone mésopélagique de l’Océan.

Qu’est-ce qu’une zone mésopélagique ? 

Les couches mésopélagiques sont des couches intermédiaires dans la colonne d’eau entre 200 et 1000 mètres de profondeur. D’autres facteurs caractérisent cette zone, notamment la lumière, c’est-à-dire la quantité de rayons solaires qui pénètrent dans cette zone. La zone mésopélagique est communément appelée “zone crépusculaire”, parce que la lumière n’est pas suffisante pour pouvoir assurer la production d’énergie mais elle n’est pas complètement sombre, de sorte que les organismes peuvent encore utiliser la vision comme principal moyen sensoriel de recherche d’une proie.  

Ainsi, la photosynthèse (processus bioénergétique qui permet à des organismes de synthétiser de la matière organique en utilisant l’énergie lumineuse, l’eau et le dioxyde de carbone) est inexistante. Néanmoins, cette zone reste très productive (riche en matière organique). D’ailleurs, les industries de la pêche explorent largement ces zones. 

Ces zones mésopélagiques représentent 20% de l’Océan et sont encore peu étudiées alors qu’elles ont une haute valeur écologique notamment en termes de cycle du carbone, de biomasse et stocks de poissons inexploités.

Au sein de ces zones crépusculaires, il existe des zones particulièrement intéressantes : les zones de minimum d’oxygène dit OMZ.

Qu’est-ce qu’une zone OMZ ?

OMZ pour Oxygen Minimum Zone ou zone de minimum d’oxygène sont des zones situées fréquemment à l’ouest des continents (Amériques et Afrique), mais une OMZ très importante est aussi présente dans l’océan Indien. Ce phénomène se produit naturellement en raison des caractéristiques océanographiques de ces zones et de la forte consommation d’oxygène des organismes qui s’y développent.

La faible concentration d’oxygène dans ces régions est donc due:

• aux propriétés physico-chimiques des masses d’eau ;
• aux mouvements de la Terre ;
• à l’activité biologique utilisant l’oxygène du milieu.

D’après Janaina, “la superficie de ces zones augmente de plus en plus en raison de la perte d’oxygène due à l’augmentation de la température de l’eau océanique. Ce changement est critique pour la survie des organismes qui ont besoin d’oxygène pour respirer.”

Les résultats montrent que les communautés planctoniques de l’océan profond réagissent différemment aux impacts environnementaux tels que les changements de température et les faibles niveaux d’oxygène, que celles vivant près de la surface.

Une meilleure compréhension des écosystèmes crépusculaires

Dans cette étude, et contrairement à leur postulat de départ, ils ont constaté une diversité hétérogène des organismes qui vivent dans ces zones crépusculaires. Les différences de déplacement des masses d’eau peuvent être un facteur expliquant cette hétérogénéité. D’autant plus que la température peut également influencer ces mouvements dans l’Océan. 

Cette recherche a permis de caractériser les zones mésopélagiques et les conditions favorables à la vie de ces organismes. Trois types de zones ont pu être définies : 

• 1 zone avec des eaux à forte concentration d’oxygène : c’est dans ces zones que l’on trouve la plus grande diversité d’organismes et de connexions (interactions et échanges) ;
• 2 zones avec des eaux à faible concentration d’oxygène : dans ces zones les organismes sont plus “spécialisés” pour pouvoir survivre limitant leurs connexions.

Les études ont également mis en évidence des communautés microbiennes dans les profondeurs de l’Océan qui sont fortement associées à une faible concentration en oxygène, fournissant des informations sur les types d’espèces présentes dans les zones désoxygénées, leurs fonctions et la manière dont elles ont pu s’adapter à ces conditions extraordinaires. 

Ce travail fournit une base de référence pouvant être utilisée pour identifier et en apprendre davantage sur les zones de minimum d’oxygène, comprendre leurs fonctionnements et évolutions à venir.

Caractérisation d’espèces signatures

Dans ces zones caractéristiques, des groupes d’espèces spécifiques ont pu être identifiés. Les chercheurs parlent d’espèces signatures : “Nous avons découvert des groupes d’organismes qui sont prépondérants dans ces zones crépusculaires, et surtout dans les zones à faible teneur d’oxygène.” explique Janaina.

Qu’est-ce qu’une espèce signature ? 

Une espèce signature est un terme souvent utilisé pour désigner une espèce particulière qui représente un habitat. Ces espèces sont choisies parce qu’elles sont facilement reconnaissables et qu’elles ont une importance écologique dans un écosystème donné. Les espèces signature peuvent servir d’indicateurs de la santé et de la diversité globale d’un écosystème. C’est un élément déclencheur qui nous rappelle où l’on se trouve lorsqu’on le voit. Par exemple, un cactus est une espèce signature des régions désertiques ou arides.

Dans les OMZ, certaines espèces bactériennes qui utilisent de l’azote pour respirer à la place de l’oxygène ont pu être identifiées. L’étude a également permis d’observer des espèces qui sont présentes seulement dans ces zones. Néanmoins, ces espèces sont probablement nouvelles car elles n’ont pas encore été décrites. 

Interactions entre espèces

Le caractère innovant de cette étude s’appuie sur la stratégie de collecte et d’analyse du vivant. En effet, différents groupes d’organismes des virus aux petits eucaryotes, prospérant dans les deux premières couches de l’Océan (épipélagique ensoleillée et mésopélagique crépusculaire) ont été étudiés. D’après Janaina, “Il s’agissait d’une grande opportunité, car l’obtention d’une telle source de données est très compliquée, soit en raison des coûts élevés de ce type de recherche, soit parce qu’elle nécessite plusieurs expertises scientifiques différentes. Pour donner un exemple, un spécialiste des virus est moins intéressé d’analyser les informations sur les eucaryotes. Mais le consortium Tara Oceans, composé d’un vaste groupe de spécialistes scientifiques différents, a permis de réaliser cette étude pluridisciplinaire.”

Vers une meilleure surveillance de certaines zones

L’accès limité aux données est généralement le goulot d’étranglement pour la connaissance de la dynamique mésopélagique. “Notre étude bénéficie d’un plus grand nombre d’échantillons d’organismes et de provinces océaniques distinctes. Ceci nous a permis d’intégrer ces données et d’obtenir ainsi une vision élargie de la structure et de la dynamique des communautés mésopélagiques.” explique Janaina. 

Les résultats de cette étude soulignent la nécessité d’une meilleure compréhension de la vie mésopélagique, en particulier en améliorant notre connaissance des communautés mésopélagiques oxiques et pauvres en oxygène. Cet effort est d’autant plus nécessaire que l’on peut s’attendre à ce que le changement climatique implique l’extension des OMZ marines dans le futur.

Les conséquences de cela sont nombreuses : 

• la réduction des habitats disponibles pour de nombreuses espèces marines ;
• la modification de la composition des écosystèmes ;
• la propagation d’un grand nombre d’algues toxiques ;
• et même éradication de la vie marine incapable de s’adapter ou de migrer.

Découvrez l’article

Qu’est-ce que le projet FFEM* ?

Le projet Plancton océanique, Climat et Développement a été lancé en 2016 par la Fondation Tara Océan en partenariat avec le Fonds Français pour l’Environnement Mondial (FFEM). Engagé depuis 1994 au service du développement et en faveur de la biodiversité, le Fonds Français pour l’Environnement Mondial (FFEM) soutient depuis 10 ans la préservation de la biodiversité en haute mer.

Ce premier projet de coopération scientifique avec les pays du Sud est né d’un double constat : 

• avec le développement récent de nouvelles technologies, notamment la génomique et la gestion des données massives, le coût des infrastructures scientifiques pour répondre à ces besoins a considérablement augmenté. Les inégalités d’accès aux formations et infrastructures scientifiques se creusent ainsi à nouveau entre les pays en matière de sciences marines, notamment dans les pays du Sud. Il est pourtant indispensable que chaque pays dispose d’une expertise scientifique nationale, à la fois pour son implication dans les négociations internationales mais également pour des prises de décision sur la gestion des écosystèmes au niveau local ; 

• malgré leurs rôles essentiels dans la conduite des processus naturels vitaux et les impacts potentiels des changements environnementaux sur elles, les communautés planctoniques sont rarement prises en compte dans les documents politiques. Pourtant la connaissance de ces écosystèmes présente des opportunités extraordinaires. En effet, elle peut permettre  d’éclairer les prises de décisions politiques sur les stratégies de protection marine et d’utilisation durable des ressources, fournir des informations détaillées aux modèles climatiques, prédire de potentiels changements et comprendre comment l’Océan, en retour, est susceptible d’aider l’humanité à atténuer ou s’adapter au changement climatique. Il est donc d’autant plus important d’élargir la communauté scientifique internationale qui étudie ces écosystèmes. 

L’objectif du projet a donc été de structurer un programme de recherche avec les laboratoires partenaires de l’expédition Tara Oceans (2009-2013) et de plaidoyer dans le domaine des écosystèmes océaniques avec les pays du Sud afin de répondre à leurs enjeux de développement et de gouvernance de l’Océan notamment en ce qui concerne la haute mer.

Quel est l’intérêt d’un tel projet de coopération internationale ?

Le projet a mis en évidence les avantages de réunir des scientifiques du monde entier sur des projets de recherche collaboratifs. Il a facilité l’échange d’expertises entre des biologistes moléculaires, océanographes, généticiens et modélisateurs de pays actuellement sous-représentés dans la recherche océanographique mondiale, tout en intégrant le savoir, les besoins et les défis locaux. Un fort esprit de réciprocité a été au cœur du projet, les chercheurs et chercheuses ont reçu une formation et des opportunités de développer leurs réseaux, tandis que les groupes de recherche avec lesquels ils ont collaboré ont bénéficié de leurs expériences de terrain, et connaissances uniques sur les défis liés à l’Océan rencontrés dans leurs pays. Leurs recherches ont permis des avancées scientifiques pour la compréhension de la biodiversité planctonique et des fonctions et évolutions de ces écosystèmes.

Au-delà des avancées scientifiques produites, ces jeunes chercheurs et chercheuses ont également été invités à participer à des événements politiques et à la rédaction de policy briefs. L’un des objectifs du projet était de construire ce pont entre scientifiques et politiques mais également de mieux  connecter cette science sur les écosystèmes planctoniques avec les enjeux de développement des pays du Sud. 

Interview de Janaina Rigonato, chercheuse au CNRS-Génoscope qui a co-réalisé les recherches présentées dans cet article avec Marko Budinich (Nantes Université), Alejandro A. Murillo (Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire – EMBL), Manoela C. Brandão (Sorbonne Université, CNRS, Institut de la Mer de Villefranche sur mer, Laboratoire d’Océanographie de Villefranche) Juan J. Pierella Karlusich. (Institut de Biologie de l’Ecole Normale Supérieure – IBENS), Yawouvi Dodji Soviadan (Sorbonne Université, CNRS, Institut de la Mer de Villefranche sur mer, Laboratoire d’Océanographie de Villefranche) les recherches présentées dans cet article.