Partial carbon oxidation by iron-limited marine bacteria reshapes oceanic CO2 cycling
Cette étude révèle que la limitation en fer chez les bactéries marines favorise une oxydation partielle du carbone via le shunt du glyoxylate, découplant ainsi la consommation d'oxygène de la production de CO2 et augmentant ainsi de manière significative la capacité de l'océan à absorber le CO2 atmosphérique.
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L'océan est un moteur vaste et respirant qui aide à réguler le climat de la Terre. Chaque année, des plantes microscopiques appelées phytoplancton extraient le dioxyde de carbone de l'air et le verrouillent dans leurs cellules grâce à la photosynthèse. Mais cette histoire ne s'arrête pas aux plantes. Lorsque ces organismes meurent ou sont mangés, leur carbone est transmis à de minuscules bactéries qui vivent dans l'eau de mer. Ces bactéries agissent comme les recycleuses de l'océan, décomposant la matière organique et rejetant le dioxyde de carbone dans l'eau, qui peut ensuite s'échapper dans l'atmosphère. Pendant des décennies, les scientifiques ont estimé la quantité de carbone que ces bactéries rejettent en mesurant la quantité d'oxygène qu'elles consomment, en supposant que pour chaque bouffée d'oxygène inhalée, une quantité prévisible de dioxyde de carbone est expirée. Cette hypothèse a été le fondement de la compréhension du rôle de l'océan dans le cycle mondial du carbone. Cependant, ce calcul simple repose sur l'idée que les bactéries brûlent toujours complètement leur nourriture, transformant chaque fragment de carbone en gaz. Si les bactéries modifient leur façon de traiter leur nourriture sous l'effet du stress, ce calcul de longue date pourrait être erroné, cachant potentiellement une pièce importante du puzzle climatique.
Une équipe de chercheurs a découvert que les bactéries de l'océan ne brûlent pas toujours complètement leur nourriture, surtout lorsqu'elles manquent de fer. Le fer est un nutriment vital pour toute forme de vie, mais il est rare dans de vastes zones de l'océan ouvert, particulièrement dans l'océan Austral entourant l'Antarctique. Dans une série d'expériences, les scientifiques ont cultivé des bactéries marines en laboratoire, les nourrissant de sucre tout en contrôlant soigneusement la quantité de fer disponible. Ils ont découvert que lorsque les bactéries étaient privées de fer, leur comportement changeait radicalement. Bien qu'elles consomment toujours de l'oxygène, elles libéraient beaucoup moins de dioxyde de carbone que prévu — jusqu'à quatre fois moins que les bactéries disposant de suffisamment de fer. Cela se produisait parce que les bactéries affamées de fer passaient à une voie métabolique différente, connue sous le nom de shunt du glyoxylate. Cette voie leur permet de conserver le carbone en sautant les étapes qui, normalement, le libèrent sous forme de gaz. Au lieu de brûler leur nourriture jusqu'aux cendres, elles retiennent davantage de carbone, l'utilisant pour construire leurs propres cellules ou en le stockant sous une forme partiellement décomposée.
Les chercheurs ont transposé cette découverte du laboratoire à la haute mer pour voir si elle avait une importance dans le monde réel. Lors d'une expédition à travers l'océan Austral, ils ont collecté des échantillons d'eau provenant de sept sites différents, allant de zones riches en fer à des zones pauvres en fer. En mesurant la quantité d'oxygène consommée par les bactéries et la quantité de dioxyde de carbone produite dans ces échantillons naturels, ils ont confirmé le schéma observé en laboratoire. Dans les eaux pauvres en fer, les bactéries libéraient beaucoup moins de dioxyde de carbone par unité d'oxygène utilisée. Les données ont montré un lien clair : plus la communauté bactérienne était soumise au stress lié au fer, plus elle conservait de carbone. Cela signifie que dans les vastes régions de l'océan Austral limitées en fer, les bactéries ne renvoient pas autant de carbone à l'atmosphère que ce que les modèles précédents prévoyaient. Au contraire, elles le retiennent, agissant ainsi comme un puits de carbone plus puissant qu'on ne le pensait auparavant.
Pour comprendre l'impact mondial de cette découverte, les scientifiques ont intégré ce nouveau comportement dans un modèle informatique du cycle du carbone océanique. Ils ont simulé ce qui se passerait si les bactéries de l'océan Austral utilisaient fréquemment cette stratégie de conservation du carbone. Les résultats sont frappants. Lorsque le modèle tenait compte de cette combustion partielle du carbone, l'océan simulé absorbait nettement plus de dioxyde de carbone de l'atmosphère pendant les mois d'été. Cet ajustement a rapproché considérablement les prédictions du modèle des mesures réelles effectuées sur un site de surveillance à long terme dans l'océan Austral. Le modèle échouait auparavant à expliquer pourquoi l'océan absorbait autant de carbone en été, mais en incluant la capacité des bactéries à conserver le carbone sous stress ferrique, la divergence a disparu. Cela suggère que la disponibilité du fer fait plus que limiter la vitesse de croissance des bactéries ; elle change fondamentalement la façon dont elles traitent le carbone, modifiant l'équilibre entre l'océan et l'atmosphère.
Les implications de cette découverte s'étendent au-delà de l'océan Austral. La voie métabolique utilisée par les bactéries pour conserver le carbone est répandue et peut être déclenchée par d'autres stress environnementaux, tels que de faibles niveaux d'oxygène. Cela signifie que la capacité de l'océan à stocker le carbone pourrait être plus dynamique et réactive aux conditions environnementales que ce que les scientifiques réalisaient. En reconnaissant que les bactéries peuvent changer leurs habitudes respiratoires, les chercheurs peuvent désormais construire de meilleurs modèles pour prédire comment l'océan réagira à un changement climatique. L'étude souligne que le monde microscopique des bactéries détient une clé puissante pour comprendre le cycle du carbone terrestre, révélant que même les plus petits organismes peuvent remodeler le flux de carbone à l'échelle planétaire. La capacité de l'océan à agir comme un tampon contre le changement climatique peut dépendre fortement de l'apport en fer et des choix métaboliques de la vie invisible qui l'habite.
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