Microorganismes et cycle des éléments dans l’Océan Arctique

synthèse de J.F. Ghiglione, P. Galand, I. Obernosterer, S. Blain, F. Joux

Les procaryotes hétérotrophes (bactéries et archées) jouent un rôle central dans la reminéralisation (source de CO2) de la matière organique (MO) qui provient à la fois de la production primaire et des apports terrigènes. Le changement climatique influe quantitativement et qualitativement sur les apports de MO dans l’Océan Arctique de différentes manières : l’augmentation de l’exposition à la lumière et de la stratification associée à la fonte de la glace de mer modifient la productivité du système, l’augmentation des apports d’eau douce liée à la fonte des glaciers et l’érosion du permafrost favorisent les apports de MO terrigène. La réponse des microorganismes à ces changements jouera un rôle considérable dans les flux air-mer de CO2 ainsi que dans le transfert de MO hors de l’Océan Arctique.

Dans ce contexte, nous proposons cinq axes de recherches encore peu ou pas explorés en Arctique:

- La diversité bactérienne et archée de l’Océan Arctique
L’Océan Arctique renferme une diversité bactérienne et archée originale par rapport aux autres Océans du globe. Ces premières observations reposant sur un nombre relativement restreint d’études par rapport aux connaissances acquises dans les zones tempérées, une meilleure prise en compte des grandes disparités spatiales et temporelles de la diversité des procaryotes de l’Océan Arctique est aujourd’hui nécessaire. D’autre part, le lien entre diversité et activité des procaryotes reste très peu étudié en Arctique, alors que les outils pour aborder cette question sont aujourd’hui disponibles.

- Activité des procaryotes hétérotrophes en relation avec la quantité et de la qualité de la matière organique dissoute et particulaire
Une des particularités du système Arctique est l’apport de MO de composition chimique très hétérogène qui affectent le cycle des éléments lors de la transformation par les procaryotes. Près de 50% de cette MO particulaire est reminéralisée dans la colonne d’eau et n’atteint pas le sédiment. Dans ce contexte une étude dédiée de la fraction des procaryotes hétérotrophes attachée aux particules permettraient de mieux comprendre les processus de dégradation de ces particules et leur rôle dans les flux de carbone. La contribution de la MO terrigène à la respiration procaryotique dans l’Océan Arctique reste également imprécise.

- L’évaluation du « priming effect » en zone Arctique
Le « priming effect » est un processus complexe correspondant à la modification du taux de minéralisation de la MO totale par les procaryotes suite à l’ajout de MO fraîche (i.e. labile). L’apport de MO fraîche peut en effet favoriser un déstockage du carbone organique préexistant qui peut être supérieur au carbone labile apporté. L’Océan Arctique pourrait constituer un hotspot de priming effect en raison des quantités importantes de MO réfractaire apportées par les rivières qui peuvent se trouver associées à de la matière organique fraîche libérée lors des blooms phytoplanctoniques.

- Couplage du cycle carbone et du fer
La minéralisation microbienne de la MO peut être largement tributaire de la disponibilité en fer, constituant essentiel de la chaine respiratoire. Dans le contexte de l’Arctique, tout comme la MO, la ressource en fer est susceptible de varier profondement en quantité et qualité. La prédiction de la production de CO2 par les microorganismes hétérotrophes nécessite donc d’entreprendre une étude couplée des deux ressources. De par les changements en cours, l’Arctique représente un lieu privilégié pour aborder cette question encore inexplorée.

- Réponse du compartiment des procaryotes à la photodégradation de la MO en Arctique
Le caractère réfractaire de la matière organique des fleuves peut être réduit suite aux modifications photochimiques. Des travaux récents ayant montré une limitation en azote de l’activité des procaryotes à la surface de l’Océan Arctique en période estivale, le processus de photoammonification (libération d’ammonium à partir de NOD) pourrait favoriser l’activité des procaryotes. De manière générale, il est important d’étudier plus précisément les modifications du métabolisme et de la diversité du compartiment procaryote suites aux transformations photochimiques de la MO dans l’Océan Arctique.

Ces recherches devront être conduites en collaboration avec nos collègues des pays historiquement impliqués dans la recherche Arctique (Canadiens et Norvégiens en particulier). La mise en place d’un réseau international d’Ecologistes microbiens en Arctique, à l’instar de la base de données MARS (Microbial Antarctic Research System) en Antarctique, favoriserait la synthèse des connaissances et une mutualisation des efforts.