La Silice et le cycle du silicium

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Le silicium (Si) est le quatrième élément le plus répandu sur la terre. Proche du carbone dans le tableau périodique, le Si est essentiel ou quasi-essentiel à la plupart des organismes, depuis la bactérie jusqu’à l’humain. Sa contribution à la composition élémentaire de toutes les plantes terrestres s’élève de 0,1 à 10% en poids sec (Hodson et al., 2005).

Le cycle océanique du silicium est une thématique historique du LEMAR. Pour l’étudier, nous avons développé une approche transdisciplinaire, incluant la chimie, la biogéochimie, la biochimie, la physiologie et la biologie. Nous utilisons des approches multi-échelles qui incluent des expériences au laboratoire pour mieux comprendre les processus influençant le cycle et des campagnes d’observation du milieu naturel. Pour comprendre le cycle océanique du silicium il est nécessaire d’identifier et de quantifier les sources et les puits de silicium à l’océan et de décrire la dynamique interne du cycle en tenant compte des particularités des différents écosystèmes océaniques et à l’échelle globale. Au LEMAR nous nous intéressons plus particulièrement aux rôles de différents silicifiés non seulement pour le cycle du silicium, mais aussi pour les autres cycles biogéochimiques majeurs comme le carbone et l’azote.

Les silicifiés ou silicifiants sont des organismes vivants capables de 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.

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.

 

l’équipe :

chercheurs et enseignants-chercheurs: Aude Leynaert, Brivaëla Moriceau, Philippe Pondaven, Olivier Ragueneau, Mélanie Raimonet, Jill Sutton, Paul Tréguer

Ingénieurs et techniciens : Morgane Gallinari, Manon Le Goff

Post-doctorants : Lucie Cassarino , Maria Lopez-Acosta

doctorants : Dongdong Zhu

 

Actualités

3ème édition de SILICAMICS : https://www-iuem.univ-brest.fr/silicamics-3/

le cycle du silicium dans l’océan moderne : https://www-iuem.univ-brest.fr/cycle-du-silicium-dans-locean/

Projets actuels étudiants le cycle du Si: BIOPSIS, RADICAL

dernières publications du laboratoire sur le sujet:

– Lafond, A., Leblanc, K., Quéguiner, B., Moriceau, B., Leynaert, A., Cornet, V., et al. (2019). Late spring bloom development of pelagic diatoms in Baffin Bay. Elem Sci Anth 7, 44. doi:10.1525/elementa.382.

– Maldonado, M., López-Acosta, M., Sitjà, C., García-Puig, M., Galobart, C., Ercilla, G., et al. (2019). Sponge skeletons as an important sink of silicon in the global oceans. Nat. Geosci. 12, 815–822. doi:10.1038/s41561-019-0430-7.

– Massicotte, P., Amiraux, R., Amyot, M.-P., Archambault, P., Ardyna, M., Arnaud, L., et al. (2019). Green Edge ice camp campaigns: understanding the processes controlling the under-ice Arctic phytoplankton spring bloom. Earth Syst. Sci. Data Discuss., 1–42. doi:10.5194/essd-2019-160.

– Monferrer, N. L., Boltovskoy, D., Tréguer, P., Sandin, M. M., Not, F., and Leynaert, A. (2020). Estimating Biogenic Silica Production of Rhizaria in the Global Ocean. Glob. Biogeochem. Cycles 34, e2019GB006286. doi:10.1029/2019GB006286.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.

– Tréguer P, Bowler C, Moriceau B, Dutkiewicz S, Gehlen M, Aumont O, Bittner L, Dugdale R, Finkel Z, Ludicone D, Jahn O, Guidi L, Lasbleiz M, Leblanc K, Levy M, Pondaven P (2018): Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump, Nature Geosciences 11, 27-37. doi:10.1038/s41561-017-0028-x.

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