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Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump

Abstract

Diatoms sustain the marine food web and contribute to the export of carbon from the surface ocean to depth. They account for about 40% of marine primary productivity and particulate carbon exported to depth as part of the biological pump. Diatoms have long been known to be abundant in turbulent, nutrient-rich waters, but observations and simulations indicate that they are dominant also in meso- and submesoscale structures such as fronts and filaments, and in the deep chlorophyll maximum. Diatoms vary widely in size, morphology and elemental composition, all of which control the quality, quantity and sinking speed of biogenic matter to depth. In particular, their silica shells provide ballast to marine snow and faecal pellets, and can help transport carbon to both the mesopelagic layer and deep ocean. Herein we show that the extent to which diatoms contribute to the export of carbon varies by diatom type, with carbon transfer modulated by the Si/C ratio of diatom cells, the thickness of the shells and their life strategies; for instance, the tendency to form aggregates or resting spores. Model simulations project a decline in the contribution of diatoms to primary production everywhere outside of the Southern Ocean. We argue that we need to understand changes in diatom diversity, life cycle and plankton interactions in a warmer and more acidic ocean in much more detail to fully assess any changes in their contribution to the biological pump.

 

Graphical abstract

Reference

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. (2017). Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump. Nature Geoscience 11, 27–37 (2017). doi:10.1038/s41561-017-0028-x

Écologie fonctionnelle

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La compréhension du rôle et des fonctions des organismes dans leur milieu de vie est un objectif majeur fixé par l’équipe DISCOVERY. Pour simplifier la représentation de la biodiversité et son rôle dans le fonctionnement des écosystèmes, il est utilisé une approche fonctionnelle de la biodiversité en recherchant des groupes d’espèces, caractérisés par des traits biologiques communs (mode trophique, de mobilité, de remaniement sédimentaire, de bioirrigation…) qui ont des effets homologues sur des fonctions écologiques clés (par ex. : réseaux trophiques, production primaire, photosynthèse, flux biogéochimiques, bioturbation…). Une attention particulière sera portée sur la variabilité des traits biologiques (redondance fonctionnelle) en réponse aux interactions biotiques et abiotiques, et sur l’étude des interactions entre les groupes fonctionnels (facilitation, complémentarité, inhibition, compétition) pour apprécier la complexité des communautés. Ces informations nous permettront de conceptualiser, développer et paramétrer des modèles de structuration des communautés et de fonctionnement des écosystèmes.

Liens entre les cycles biogéochimiques des métaux et le vivant

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L’amélioration de nos connaissances sur le cycle des métaux dans des environnements contrastés de l’océan mondial est absolument nécessaire à une meilleure compréhension des cycles biogéochimiques océaniques des éléments majeurs (C, Si, N, S) et de la pompe biologique de carbone. Le LEMAR est reconnu internationalement sur cette thématique, notamment grâce à notre très forte implication dans le programme GEOTRACES. Nous couplons observations, expériences sur le terrain ou en laboratoire, et modélisation. Notre originalité est d’étudier de manière combinée les phases dissoute et particulaire, ainsi que leur spéciation (redox et organique), pour mieux appréhender les interactions entre ces deux réservoirs, fondamentaux dans le cycle des métaux et pourtant encore peu étudiés actuellement. Notre expertise inclut également l’étude des interactions entre le cycle des métaux et le plancton, en liant la spéciation métallique à la biodisponibilité des micronutriments pour le plancton marin (phytoplancton et bactéries). L’intégration d’outils -omiques (génomique fonctionnelle, transcriptomique…) à cette thématique est actuellement incontournable pour approfondir le lien entre cycles biogéochimiques des métaux et interactions avec le vivant. Ces explorations continueront à être menées, aussi bien lors de missions océanographiques qu’en études de laboratoire, notamment grâce à nos nombreuses collaborations internationales et à notre implication dans le futur programme international BioGeoSCAPES (‘Ocean metabolism and nutrient cycles on a changing planet’). Le fort élan international du programme GEOTRACES et celui à venir de BioGeoSCAPES permet à présent de construire et relever le défi de projets intégrés de biogéochimie microbienne qui nécessitent une coordination internationale avec une approche multidisciplinaire.

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Icarus

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Laboratoire LEMAR – 2018