Félicitations à Caroline Lory (CYBELE) qui a soutenu sa thèse le Mardi 21 Juin 2022
sur le sujet suivant :
"Rôle du fer dans le contrôle de la fixation d’azote atmosphérique dans l’océan Pacifique tropical sud-ouest"
Directeur : SOPHIE BONNET, DIRECTEUR DE RECHERCHE
Co directeur : CECILE GUIEU, DIRECTEUR DE RECHERCHE
"Role of iron in the control of atmospheric nitrogen fixation in the Western
Tropical South Pacific Ocean"
La fixation biologique de diazote (N2) par les diazotrophes soutient la production primaire nouvelle et l’export de carbone dans ~50% de l’océan global. L'enzyme nitrogénase qui catalyse la fixation du N2 impose une forte demande en fer (Fe), dont les faibles concentrations dans l’océan limitent souvent la croissance de ces organismes. Ce travail de thèse porte sur les interactions entre les diazotrophes et le Fe dans l’océan Pacifique tropical Sud-Ouest (WTSP), zone représentant ~20% de la diazotrophie mondiale. Les objectifs de cette thèse sont :
1) d’identifier les principaux facteurs environnementaux qui structurent l’activité et la distribution biogéographique des diazotrophes dans cette région,
2) de quantifier in situ la demande en Fe des diazotrophes, et de déterminer leur contribution à l’assimilation du Fe par rapport au reste de la communauté microbienne,
3) d’évaluer la biodisponibilité du Fe complexé à des substances polymériques extracellulaires (EPS) produites par une diazotrophe (Crocosphaera) par rapport au Fe complexé à d’autres ligands et au Fe inorganique.
(1) Les taux de fixation de N2 élevés mesurés lors de la mission TONGA confirment que le WTSP est un hot spot de diazotrophie, présentant les taux les plus élevés au niveau de l’arc volcanique des Tonga. L’analyse statistique de données de précédentes missions, montre que le Fe est le paramètre principal qui structure l'activité de fixation de N2 entre le gyre du Pacifique Sud (à l’est de l’arc) et le WTSP (à l’ouest de l’arc). Alors que les UCYN-A dominent la communauté diazotrophe en début d’été austral, la zone de l’arc volcanique est une niche écologique pour Trichodesmium. Des liens statistiques entre les métaux et l’abondance des diazotrophes suggèrent qu’en plus du Fe, d’autres métaux traces pourraient influencer la diazotrophie dans cette région.
(2) La demande en Fe des principaux diazotrophes (Trichodesmium, Crocosphaera) et d’organismes non diazotrophes (Synechococcus, Prochlorococcus, picoeucaryotes, et bactéries hétérotrophes) a été quantifiée par une nouvelle approche ‘group-specific’ basée sur le couplage de mesures in situ d’assimilation du 55Fe et sur le tri cellulaire par cytométrie en flux. La contribution des diazotrophes à l'assimilation biologique totale du Fe est significative (~30%), bien que ces organismes soient minoritaires, mais inférieure à celle du picoplancton (53 %, fraction 0.2-2µm), dont Prochlorococcus et les bactéries hétérotrophes sont les principaux contributeurs dans cette étude. Les taux d’assimilation du Fe et les quotas qui en résultent sont plus élevés pour Trichodesmium que pour Crocosphaera, ce qui se traduit par une distribution biogéographique distincte de ces deux phylotypes dans le WTSP. Cette approche ‘group-specific’ améliore notre compréhension du rôle écophysiologique des diazotrophes et d’autres groupes fonctionnels dans l’océan.
(3) Nous mettons en évidence que les EPS produits par Crocosphaera sont des ligands faibles du Fe. Par des mesures d’assimilation du Fe préalablement complexé à des ligands intermédiaires (une substance humique) et forts (un sidérophore), nous montrons que les EPS produits par Crocosphaera lui apportent du Fe hautement biodisponible, assimilé à des taux plus élevés mais proches de ceux mesurés pour le Fe inorganique et les substances humiques, et significativement plus élevés que pour le sidérophore. Crocosphaera produit de grandes quantités d'EPS par rapport à d'autres groupes fonctionnels de plancton, contribuant probablement à son succès écologique dans les eaux appauvries en Fe. Ces EPS apportent du Fe hautement biodisponible, offrant une facette supplémentaire du rôle des diazotrophes comme Crocosphaera dans les cycles biogéochimiques.
Mots clés : fixation de N2, fer, diazotrophe, micronutriments d'origine hydrothermale, séquestration carbone, biogéochimie