La Terre ne serait pas l’endroit vivant qu’il est sans photosynthèse, qui exploite l’énergie solaire pour alimenter la plupart des réseaux alimentaires de la planète.
Une variété de plantes, d’algues et de cyanobactéries fournissent ce service, mais peu le font comme Prochlorococcus, considéré comme l’organisme photosynthétique le plus abondant de la Terre. Minuscule même pour les cyanobactéries, ce microbe marin exerce une influence démesurée dans ses habitats et au-delà, contribuant près d’un tiers de la production d’oxygène de la planète et de la formation d’une base vitale des réseaux alimentaires.
Selon une nouvelle étude, cependant, Prochlorococcus et ses nombreux bénéficiaires pourraient être plus vulnérables à l’augmentation des températures de l’océan qu’on ne le pensait auparavant.
Prochlorococcus sont répandus, habitant plus de 75% des eaux de surface ensoleillées. Ils sont les plus répandus dans et autour des tropiques, où ils sont bien adaptés aux conditions chaudes et pauvres en nutriments.
“Au large sous les tropiques, l’eau est ce beau bleu brillant parce qu’il y a très peu de choses dedans, à part Prochlorococcus,” explique l’auteur principal de l’étude.
Compte tenu de cette affinité pour la chaleur, certains experts pensaient que Prochlorococcus pourrait bien s’en tirer comme les températures continuent d’augmenter en raison de la combustion de combustibles fossiles et de la perte de puits de carbone.
Pourtant, la nouvelle étude soulève des doutes, suggérant que plus chaud n’est pas toujours mieux pour Prochlorococcus.
Leur plage idéale est de 19 à 28 degrés Celsius, selon les auteurs, notant que de nombreuses eaux tropicales et subtropicales devraient dépasser cette limite supérieure dans les 75 ans.
“Pendant longtemps, les scientifiques ont pensé que Prochlorococcus allait faire très bien à l’avenir, mais dans les régions les plus chaudes, ils ne font pas bien, ce qui signifie qu’il va y avoir moins de carbone – moins de nourriture – pour le reste de la toile marine,” explique l’auteur principal.
Les données existantes sur ces microbes proviennent en grande partie des cellules cultivées en laboratoire, donc les chercheurs ont cherché de nouvelles données auprès de Prochlorococcus dans leur élément.
Pour trouver des réponses, les chercheurs ont analysé 800 milliards de cellules Prochlorococcus qu’ils ont rencontrées au cours de 90 voyages de recherche s’étendant sur 13 ans.
Ils ont utilisé un cytomètre en flux co-développé par l’auteur principal, conçu spécifiquement pour détecter le phytoplancton minuscule comme Prochlorococcus.
Les chercheurs ont mesuré les microbes à l’aide d’un laser dans le dispositif de bord de navire, puis ont appliqué un modèle statistique pour estimer la croissance de Prochlorococcus, avec une perturbation minimale de leurs sujets.
Les taux de division cellulaire variaient selon la latitude, ce que les auteurs ont lié à des variations de la température de l’eau plutôt que de la lumière du soleil ou des nutriments.
Les microbes étaient à leur meilleur dans l’eau relativement chaude, entre 19 et 28 ° C, mais ont eu des difficultés surprenantes juste au-dessus de cette plage.
La division cellulaire a ralenti dans l’eau plus chaude qu’environ 30 ° C, jusqu’à un tiers du taux enregistré dans l’eau à l’extrémité inférieure de leur plage de tolérance.
“Leur température d’épuisement professionnel est beaucoup plus faible que ce que nous pensions,” explique l’auteur principal.
Les mers tropicales sont pauvres en nutriments en raison de leur chaleur, ce qui limite le cyclisme ascendant des nutriments des eaux plus profondes. Prochlorococcus et d’autres cyanobactéries se sont adaptées de plusieurs manières, y compris leur petite taille et leur génome nu.
Malgré les avantages de la perte de bagages supplémentaires, cela peut avoir coûté aux microbes les gènes anciens liés à la réponse au stress, ce qui limite potentiellement leur résilience face à la hausse des températures.
Qui pourrait ouvrir une porte pour Synechococcus, l’autre groupe de cyanobactéries dominant les tropiques et les subtropics avec Prochlorococcus.
Synechococcus peut gérer l’eau plus chaude, mais a besoin de plus de nutriments. S’il capitalise sur une baisse future de Prochlorococcus, nous ne savons pas comment cela affectera les réseaux alimentaires.
“Si Synechococcus prend le dessus, ce n’est pas une donnée que d’autres organismes pourront interagir avec lui de la même manière qu’ils ont interagi avec Prochlorococcus pendant des millions d’années,” explique l’auteur principal.
L’étude suggère que d’ici la fin de ce siècle, la productivité de Prochlorococcus pourrait baisser de 17% sous les tropiques dans un scénario de réchauffement modéré et de 51% avec un réchauffement plus grave. À l’échelle mondiale, il pourrait passer 10% par rapport au réchauffement modéré et 37% par rapport au scénario plus extrême.
“Leur portée géographique va se développer vers les pôles, vers le nord et le sud,” explique l’auteur principal. “Ils ne vont pas disparaître, mais leur habitat changera.”
L’étude a des limites, notent les auteurs, y compris une méthodologie qui pourrait masquer des souches rares résistantes à la chaleur. Bien que les données couvrent diverses régions océaniques, de nombreuses zones tropicales importantes sont toujours laissées de côté.
“C’est l’explication la plus simple des données que nous avons maintenant,” explique l’auteur principal. “Si de nouvelles preuves de souches tolérantes à la chaleur émergent, nous accueillerions cette découverte. Cela offrirait de l’espoir pour ces organismes critiques.”
L’étude a été publiée dans Microbiologie de la nature.
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