La Silice et le cycle du silicium

Cet objectif ambitieux nécessite d’identifier et de quantifier les sources et les puits de silicium aux interfaces et de décrire la dynamique interne du cycle dans différents écosystèmes et à l’échelle globale. Au LEMAR nous nous intéressons plus particulièrement aux rôles de différents silicifiés non seulement dans le cycle du silicium, mais aussi dans les autres cycles biogéochimiques majeurs et dans le fonctionnement des écosystèmes.

Le cycle du silicium est une thématique historique du LEMAR. Nous avons développé une approche transdisciplinaire, incluant la chimie, la biogéochimie, la biochimie, la physiologie et la biologie, et utilisons différents outils expérimentaux et de modélisation et des approches multi-échelles depuis des expériences au laboratoire qui permettent de mieux comprendre les processus influençant le cycle jusqu’à de grandes campagnes d’observation du milieu naturel. Nous avons récemment créé une « école du silicium » internationale réunissant un consortium d’universités et d’organismes qui offrent des possibilités d’enseignement et de recherche de niveau supérieur et un cours d’apprentissage en ligne (en cours de développement) sur le thème « La silice : de la poussière stellaire au monde vivant ». Le consortium Silica School regroupe actuellement 23 instituts de recherche marine de 11 pays et continue à se développer.

Les silicifiants sont des organismes vivants qui profitent de l’abondance du silicium (le silicium est le deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre) pour construire des architectures silicifiées (en silice biogénique) à partir de la silice dissoute dans l’eau (acide orthosilicique ou silicates). Leurs squelettes de silice biogénique peuvent notamment contribuer à améliorer leur résistance physique, à les protéger des prédateurs, à leur motilité ou à aider la pénétration de la lumière et des nutriments dans les cellules. Dans le domaine marin, les diatomées jouent un rôle clé dans les réseaux trophiques des écosystèmes côtiers ou océaniques les plus productifs, ainsi que dans la production d’oxygène dont nous dépendons et dans le transfert du CO2 de la surface vers l’intérieur des océans (la pompe biologique du carbone). La physiologie et la biochimie des diatomées pélagiques ont fait l’objet d’études approfondies, mais de nombreuses lacunes subsistent quant aux mécanismes leur permettant de biosynthétiser la silice biogénique dans des conditions naturelles loin de celles nécessaires à la production du verre dans l’industrie. Leur rôle dans la pompe biologique de carbone et plus généralement le lien entre les cycles Si et C doivent également être réévalués.

De plus, les récentes rencontres entre les spécialistes internationaux du silicium initiées par le LEMAR (SILICAMICS et SILICAMICS 2) mettent en évidence que les silicifiants autres que les diatomées pélagiques ne peuvent plus être négligés. Nous avons donc élargi nos recherches pour prendre en compte les diatomées benthiques, les diatomées des glaces, les éponges, les picocyanobactéries, et certains rhizarias qui contribuent à la dynamique du cycle du silicium et au fonctionnement de nombreux écosystèmes de façon plus importante que ce qui était cru jusqu’à présent.

Projets actuels étudiants le cycle du Si: BIOPSIS, RADICAL

dernières publications du laboratoire sur le sujet:
– Leynaert, A., Fardel, C., Beker, B., Soler, C., Delebecq, G., Lemercier, A., et al. (2018). Diatom Frustules Nanostructure in Pelagic and Benthic Environments. Silicon. doi:10.1007/s12633-018-9809-0.

– Sutton, J. N., André, L., Cardinal, D., Conley, D. J., de Souza, G. F., Dean, J., et al. (2018). A Review of the Stable Isotope Bio-geochemistry of the Global Silicon Cycle and Its Associated Trace Elements. Front. Earth Sci. 5, 112. doi:10.3389/feart.2017.00112.

– Moriceau B., et al. Moriceau, B., Iversen, M. H., Gallinari, M., Evertsen, A.-J. O., Le Goff, M., Beker, B., et al. (2018). Copepods Boost the Production but Reduce the Carbon Export Efficiency by Diatoms. Front. Mar. Sci. 5. doi:10.3389/fmars.2018.00082.

– Toullec, J., and Moriceau, B. (2018). Transparent Exopolymeric Particles (TEP) Selectively Increase Biogenic Silica Dissolution From Fossil Diatoms as Compared to Fresh Diatoms. Front. Mar. Sci. 5, 102. doi:10.3389/fmars.2018.00102.

– Paul Tréguer, Chris Bowler, Brivaela Moriceau, Stephanie Dutkiewicz, Marion Gehlen, Olivier Aumont, Lucie Bittner, Richard Dugdale, Zoe Finkel, Daniele Iudicone, Oliver Jahn, Lionel Guidi, Marine Lasbleiz, Karine Leblanc, Marina Levy, Philippe Pondaven (2018): Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump, Nature Geosciences 11, 27-37. doi:10.1038/s41561-017-0028-

Research topic dans Frontiers in Marine Sciences: Biogeochemistry and Genomics of Silicification and Silicifiers