publication – Page 6 – Laboratoire LEMAR UMR 6539

Nouvelles recommandations pour l’application des modèles de Stokes à la vitesse de sédimentation des agrégats marins

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Les simulations numériques des cycles biogéochimiques des océans doivent représenter adéquatement les vitesses de sédimentation des particules (VS). Depuis des décennies, la loi de Stokes, qui permet d’estimer la vitesse de chute des particules à partir de leur densité et de leur taille, est largement utilisée. Mais si la loi de Stokes s’applique aux petites sphères lisses et rigides qui se déposent avec un faible nombre de Reynolds, elle n’est pas applicable aux agrégats marins dont la forme, la structure et la composition sont complexes. Les minéraux et le zooplancton peuvent modifier les agrégats phytoplanctoniques de manière à changer leur VS, ce qui pourrait améliorer l’applicabilité des modèles de Stokes. À l’aide de cylindres de roulement, nous avons produit expérimentalement des agrégats de diatomées en présence et en absence de minéraux et/ou de microzooplancton. Les minéraux et, dans une moindre mesure, le microzooplancton ont réduit la taille et la rugosité des agrégats et ont augmenté leur sphéricité et leur compacité. La loi de Stokes paramétrée avec une porosité fractale a modélisé de façon adéquate les relations taille-VS pour les agrégats chargés en minéraux. Les agrégats contenant uniquement du phytoplancton et ceux exposés au microzooplancton ont suivi l’équation de frottement généralisé de Navier-Stokes suggérant un effet indiscernable du microzooplancton et un coefficient de frottement trop complexe pour être calculé avec une hypothèse de Stokes. Nous avons comparé nos résultats avec un ensemble de données plus important de granulats marins lestés et non lestés. Cela a confirmé que les relations taille-VS pour les agrégats lestés peuvent être simulées par les modèles de Stokes avec une paramétrisation adéquate de la porosité fractale. Étant donné l’importance du lestage minéral dans l’océan, nos résultats pourraient faciliter la paramétrisation des modèles biogéochimiques pour un bassin de particules important dans l’océan et particulièrement dans la zone mésopélagique où le rapport matière organique particulaire/minéral diminue. Nos résultats renforcent également l’importance de la prise en compte de la porosité comme un prédicteur décisif de la VS des agrégats marins.

Vitesses de sédimentation en fonction de l’ESD (diamètre sphérique équivalent) pour les agrégats formés dans chaque cuve des quatre traitements et comparaison avec les attentes théoriques issues de différentes paramétrisations de la loi de Stokes et de l’équation de frottement généralisé de Navier-Stokes. P : phytoplancton ; PZ : phytoplancton + microzooplancton (rotifères) ; PM : phytoplancton + minéral (calcite) ; PMZ : phytoplancton + minéral + microzooplancton. a) Modèle 1, loi de Stokes avec des porosités constantes de 0 % (lignes pointillées) et de 99 % (lignes pleines). (b) Modèle 2, loi générale de Navier-Stokes avec des frottements constants de 1 (lignes pointillées) et 5 (lignes pleines), et une porosité constante de 99 %. (c) Modèle 3, loi de Stokes avec une porosité mise à l’échelle sur une géométrie fractale avec un coefficient a = 0,03 et D3 = 1,4 (lignes pointillées) et D3 = 1,8 (lignes pleines). (d) Modèle 4, loi générale de Navier-Stokes sur la friction avec une porosité mise à l’échelle sur une géométrie fractale avec un coefficient a = 0,03 et D3 = 1,4 (lignes pleines) et 1,8 (lignes pointillées). Voir le texte pour plus de détails sur le calcul de la friction.

Référence

Laurenceau-Cornec, E.C., Le Moigne, F.A.C., Gallinari, M., Moriceau, B., Toullec, J., Iversen, M.H., Engel, A., and De La Rocha, C.L. 2020. New guidelines for the application of Stokes’ models to the sinking velocity of marine aggregates. Limnol. Oceanogr. doi:10.1002/lno.11388.

Lien vers la revue :

https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lno.11388

11/01/2020/by titodemora

Les squelettes d’éponges, un puits important de silicium dans l’océan

article du mois

Le silicium (Si) est un élément essentiel dans le fonctionnement biogéochimique et écologique de l’océan. On pense que le cycle marin actuel du Si est en équilibre, c’est-à-dire que les apports à l’océan égalisent les sorties. Les apports proviennent majoritairement des rivières, et les sorties étaient considérées comme résultant essentiellement de l’enfouissement des squelettes de diatomées dans le sédiment. Dans cet article, nous montrons que des organismes non phototrophes, tels que les éponges et les radiolaires, avec leur squelette de silice, participent également de façon significative à l’enfouissement de Si au fond de l’océan. L’examen microscopique et le dosage des sédiments prélevés sur 17 sites à travers le monde ont révélé que le squelette des éponges est exceptionnellement résistant à la dissolution, et était passé inaperçu dans les inventaires biogéochimiques des sédiments. La conservation des spicules d’éponges dans les sédiments est de 45,2 %, alors qu’il est seulement de 6,8 % pour les tests de radiolaires et de 8,0 % pour les frustules de diatomées. Au total, les éponges séquestreraient 1,71 Tmol de Si an^-1. Les radiolaires auraient une contribution minime avec 0.09 Tmol de Si an⁻¹. Collectivement, ces deux organismes non phototrophes augmentent le puits de silice de 28% et contribue à rétablir l’équilibre du cycle de la silice dont les apports dépassaient les sorties.

References

Maldonado, M., López-Acosta, M., Sitjà, C., García-Puig, M., Galobart, C., Ercilla, G., & Leynaert, A. (2019). Sponge skeletons as an important sink of silicon in the global oceans. Nature Geoscience. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0430-7

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Cette publication a fait l’objet d’un article dans Le Monde, retrouvez-le ici

30/08/2019/by sherve@univ-brest.fr

Enregistrement par les Coquilles Saint-Jacques de la pollution des eaux côtières par des composés spécifiques de gadolinium

article du mois

Les agents de contraste à base de gadolinium (ACBG), couramment utilisés en imagerie par résonance magnétique (IRM), se retrouvent directement dans les eaux marines côtières où les concentrations de gadolinium sont en augmentation. Comme de nombreuses espèces aquatiques pourraient être sensibles à cette nouvelle pollution, nous avons évalué la possibilité d’utiliser des mollusques pour en évaluer l’importance. Les excès de gadolinium enregistrés par les coquilles Saint-Jacques et pétoncles collectées dans la baie de Brest (Bretagne, France) depuis plus de 30 ans ne reflètent pas la consommation globale des ACBG, mais sont largement contrôlés par l’un d’eux, le gadopentetate diméglumine. Bien que son utilisation ait été fortement réduite en Europe au cours des dix dernières années, les excès de gadolinium sont encore mesurés dans les coquilles. Ainsi, une partie du gadolinium dérivé d’autres ACBG est biodisponible et pourrait avoir un impact sur la faune marine.

Fig : Anomalies en gadolinium (a : Gd/Gd*), excès de gadolinium (b : ΔGd) enregistrés par les coquilles Saint-Jacques échantillonnées de 1960 à 2018 dans la baie de Brest, et consommation de GBCA en France enregistrée dans la base Medic’AM22 maintenue par la CPAM (c : consommation totale et GBCA macrocycliques, d : GBCAs linéaires).

Ces excès dans les coquilles Saint-Jacques (ΔGd = 0-2,3 ng/g) présentent une évolution temporelle complexe (Fig. 3b). Le plus ancien échantillon prélevé en 1960, avant l’utilisation des ACBG, ne montre pas d’excès significatif en gadolinium. On observe une augmentation marquée des excès de gadolinium de 1989 à 2005, suivie d’une forte baisse jusqu’en 2010, date à laquelle les niveaux normaux sont de nouveau observés. Par la suite, les excès semblent augmenter à nouveau sans atteindre le maximum de 2005, mais les données montrent une certaine dispersion. Une telle évolution est inattendue car l’utilisation des ABCG n’a cessé de croître depuis leur introduction sur le marché. Elle pourrait dépendre de la biodisponibilité du gadolinium anthropique déterminée par sa spéciation dans l’eau de mer.

Référence

Le Goff, S., Barrat, J.-A., Chauvaud, L., Paulet, Y.-M., Gueguen, B., & Salem, D. B. (2019). Compound-specific recording of gadolinium pollution in coastal waters by great scallops. Scientific Reports, 9(1), 8015. https://doi.org/10.1038/s41598-019-44539-y

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03/06/2019/by sherve@univ-brest.fr

In Silico Analysis of Pacific Oyster (Crassostrea gigas) Transcriptome over Developmental Stages Reveals Candidate Genes for Larval Settlement

article du mois, publication

IJMS

Valentin FOULON, Pierre BOUDRY, Sébastien ARTIGAUD, Fabienne GUÉRARD et Claire HELLIO

Après leur phase planctonique, les larves d’organismes marins benthiques doivent trouver un habitat approprié pour s’établir et se métamorphoser. Pour les huîtres, l’adhésion larvaire se produit au stade pédivéligère avec la sécrétion d’un bioadhésif protéique produit par le pied, un organe spécialisé et éphémère. Le bioadhésif ostréicole est très résistant à l’extraction protéomique et n’est produit qu’en très faible quantité, ce qui explique pourquoi il a été très peu examiné chez les larves à ce jour. L’analyse in silico des bases de données sur les acides nucléiques pourrait aider à identifier les gènes d’intérêt impliqués dans la colonisation. Dans ce travail, le transcriptome accessible au public de l’huître du Pacifique Crassostrea gigas au cours de ses stades de développement a été extrait pour sélectionner des gènes hautement exprimés au stade pédivéligère. Notre analyse a révélé 59 séquences potentiellement impliquées dans l’adhésion des larves de C. gigas. Certaines protéines apparentées contiennent des domaines conservés déjà décrits dans d’autres bioadhésifs. Nous proposons une composition hypothétique de bioadhésif de C. gigas dans laquelle le constituant protéique est probablement composé de collagène et le domaine du facteur von Willebrand pourrait jouer un rôle dans la cohésion adhésive. Des gènes codant pour des enzymes impliquées dans la chimie du DOPA ont également été détectés, indiquant que cette modification est également potentiellement présente dans l’adhésif des larves pédivéligères.

Représentation schématique des interactions moléculaires hypothétiques impliquées dans l’adhésion des larves pédivéligères de C. gigas, basée sur la sélection des gènes spécifiquement exprimés au stade pédivéligère.

RÉFÉRENCE :

Foulon, V., Boudry, P., Artigaud, S., Guerard, F., and Hellio, C. 2019. In Silico Analysis of Pacific Oyster (Crassostrea gigas) Transcriptome over Developmental Stages Reveals Candidate Genes for Larval Settlement. Int. J. Mol. Sci. 20(1): 197. doi:10.3390/ijms20010197.

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28/03/2019/by titodemora

La majorité des bioadhésifs sécrétés par les animaux sont composés de protéines qui permettent des liaisons permanentes ou réversibles avec le substrat. En milieu marin, ces colles sont efficaces en milieu humide et pourraient donc potentiellement représenter des alternatives utiles aux adhésifs synthétiques, notamment pour des applications biomédicales.

A Model of Mercury Distribution in Tuna from the Western and Central Pacific Ocean: Influence of Physiology, Ecology and Environmental Factors

article du mois

Patrick Houssard, David Point, Laura Tremblay-Boyer, Valérie Allain, Heidi Pethybridge, Jeremy Masbou, Bridget E. Ferriss, Pascale A. Baya, Christelle Lagane, Christophe E. Menkes, Yves Letourneur, et Anne Lorrain

RÉSUMÉ :

L’information sur les facteurs à l’échelle de l’océan des niveaux de méthylmercure et de la variabilité du thon est rare, mais cruciale dans le contexte des apports anthropiques de mercure (Hg) et des menaces potentielles pour la santé humaine. Nous évaluons ici les concentrations de Hg dans trois les espèces commerciales de thonidés (thon obèse, albacore et germon, n = 1000) de l’océan Pacifique occidental et central (OPOC).
Des modèles ont été mis au point pour cartographier la variance régionale du mercure et en comprendre les principaux facteurs. Les concentrations de mercure sont enrichies dans les latitudes méridionales (10°S-20°S) par rapport à l’équateur (0°-10°S) pour chaque espèce, le thon obèse présentant les gradients spatiaux les plus forts. La taille des poissons est le principal facteur expliquant la variance du mercure, mais l’océanographie physique y contribue également, avec des concentrations de mercure plus élevées dans les régions présentant des thermoclines plus profondes.
La position trophique du thon et la productivité primaire océanique étaient d’une importance moindre. Les modèles prédictifs donnent de bons résultats dans le Pacifique équatorial central et à Hawaii, mais sous-estiment les concentrations de mercure dans le Pacifique oriental. Une analyse documentaire de l’océan mondial indique que la taille tend à régir les concentrations de mercure dans le thon, mais des informations régionales sur les habitats verticaux, la production de méthylmercure et/ou les apports de mercure sont nécessaires pour comprendre la distribution du mercure à une plus grande échelle. Enfin, cette étude établit un contexte géographique des niveaux de mercure pour évaluer les risques et les avantages de la consommation de thon dans l’OPOC.

Variation spatiale observée dans les concentrations de mercure (mg*kg -1, poids sec) pour les échantillons de muscle de thon obèse, d’albacore et de germon prélevés dans l’océan Pacifique occidental et central. Les lignes grises délimitent les cinq régions biogéochimiques définies dans Houssard et al., 2017 : NPTG (North Pacific Tropical Gyre), WARMm (Warm Pool modifié), PEQD (Pacific Equatorial Divergence), SPSGm (South Pacific Subtropical Gyre modifié) et ARCHm (Archipelagic deep basins modified) ainsi que AUS-TAZ (Australie-Tasmanie) et NZ (Nouvelle Zélande).

RÉFÉRENCE :

Houssard, P., Point, D., Tremblay-Boyer, L., Allain, V., Pethybridge, H., Masbou, J., Ferriss, B.E., Baya, P.A., Lagane, C., Menkes, C.E., Letourneur, Y., and Lorrain, A. 2019. A Model of Mercury Distribution in Tuna from the Western and Central Pacific Ocean: Influence of Physiology, Ecology and Environmental Factors. Environmental Science & Technology. doi:10.1021/acs.est.8b06058.

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05/02/2019/by titodemora

Le thon, ce poisson très apprécié à travers le monde cache une toxine, le méthylmercure. Selon cette étude, la teneur de cette toxine dans les thons du Pacifique Central et Sud-Ouest dépend non seulement de leur taille et de l’espèce considérée mais aussi de leur origine géographique. Des résultats cruciaux pour les conseils sur leur consommation.