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Exposition Rhizaria

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Dans l’océan, des êtres vivants utilisent le silicium, deuxième élément chimique le plus abondant dans la croute terrestre, pour construire leur squelette. L’évolution de ces organismes a façonné le cycle du silicium au cours des temps géologiques. Parmi eux, les Rhizaria, des organismes marins microscopiques unicellulaires répartis dans le monde entier, demeurant de la surface jusqu’aux plus grandes profondeurs, ont été parmi les premiers protistes à peupler l’océan. Relativement méconnus, les évolutions technologiques mêlées à la curiosité des scientifiques ont permis de nouvelles découvertes, révélant par exemple que les Rhizaria constituent jusqu’à 30% de la biomasse du plancton océanique. Ils font partie ainsi des rouages indispensables au fonctionnement global de notre planète, assurant une part importante de la production de silice biogénique et contribuant à l’export de carbone jusqu’au fond des océans. Les Rhizaria sont donc un acteur principal des variations biologiques, biochimiques et climatiques.

Le projet « Rhizaria, à la découverte des radiolaires silicifiés » a été présenté à l’occasion du 30ème anniversaire de la Fête de la Science au cœur des Ateliers des Capucins, à Brest.

Ce projet est né de la collaboration entre Natalia Llopis Monferrer, qui a effectué sa thèse au LEMAR (Laboratoire des Sciences de l’Environnement Marin), Valentin Foulon, ingénieur spécialisé en imagerie scientifique (aujourd’hui à l’ENIB), Philippe Eliès, ingénieur responsable de la plateforme de microscopie électronique à l’UBO (Université de Bretagne Occidentale) et Sébastien Hervé, infographiste au LEMAR et à l’IUEM.

Lors de sa thèse sur le rôle des Rhizaria silicifiés dans le cycle océanique du silicium, Natalia a participé à diverses campagnes océanographiques, permettant la récolte d’échantillons provenant de l’océan Atlantique (Atlantic Meridional Transect – AMT28) et de la mer de Ross (The Ross Sea Environment and Ecosystem Voyage – TAN1901). Après avoir estimé le contenu en silice de ces individus, Natalia a voulu partager la beauté de ces organismes microscopiques.

Fascinés par la diversité, la complexité morphologique et la délicatesse de ces organismes, Natalia Valentin et Philippe ont ainsi entrepris de photographier ces organismes en microscopie électronique. Cette technique, habituellement utilisée comme outil de mesure et d’observation scientifique, a ici été utilisée comme outil photographique, dans le but principal de mettre en valeur les formes des squelettes de silice des Rhizaria. Pour cela, les Rhizaria ont pris la pose sous une « lumière d’électrons ». Ils ont été photographiés sur des supports spécifiques et selon des méthodes originales, permettant de recréer un studio photographique micrométrique. Les techniques novatrices mises en œuvre ont permis de générer en haute résolution des images époustouflantes. Le résultat, à l’interface de la science et de l’art, dévoile une beauté invisible à l’œil nu et des formes spectaculaires.

Ils ont donc décidé de réaliser une exposition photographique, consistant en 11 tirages d’art, et issue d’une sélection des réalisations photographiques les plus intéressantes du projet. Sébastien a permis  de compléter cette exposition grâce à un dispositif de posters interactifs innovant conçu à l’IUEM – The Ocean Touch – utilisant un écran tactile grand format (55 pouces). Ce « poster scientifique numérique », complémentaires des images, apporte une information scientifique vulgarisée sur les Rhizaria, présentant les différentes familles, leur rôle écologique et les techniques d’observation de manière interactive. Ce scénario de médiation scientifique a été rendu possible par une collaboration  entre le LEMAR, la Station Biologique de Roscoff et des collègues étrangers.

Modulable et déplaçable, l’exposition Rhizaria fera l’objet d’autres présentations au public.

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

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