Thématique de recherche – Laboratoire LEMAR UMR 6539

Le devenir du carbone dans l’océan profond

La pompe biologique de carbone peut être décomposée en trois étapes : la formation du carbone biogène en surface (production), le transfert sous de la couche mélangée (export) et l’atténuation du flux dans la zone mésopélagique (200-2000 m), vers un stockage à long terme (> 1000 ans) dans l’océan profond et les sédiments. Pour des raisons opérationnelles, les années 1980-2000 se font fortement focalisées sur les deux premiers volets de la pompe biologique (programme international JGOFS). La profondeur de l’atténuation du flux de carbone avec la profondeur qui impose de fortes contraintes sur les échelles de temps de stockage de carbone dans l’océan profond, est contrainte par la dynamique océanique (turbulence, petites échelles, etc.), les processus de dissolution, l’activité biologique (activité hétérotrophe, respiration) et le comportement des particules (sédimentation, agrégation/désagrégation). L’évolution des moyens d’observations (plateformes autonomes, mesures à haute fréquence, acoustique, imagerie, biologie moléculaire, etc.), ainsi que les progrès en modélisation (puissance des ordinateurs, prise en compte de la complexité, Intelligence Artificielle), permettent d’aborder maintenant frontalement cette question. Le LEMAR s’inscrit pleinement dans cette nouvelle dynamique et s’appuie sur son expertise dans la description du devenir de la matière organique dissoute, les cycles du silicium, du fer et du carbone, le rôle du zooplancton, les processus de reminéralisation, la dynamique des particules, l’étude de la petite échelle en zone mésopélagique (voir AR2.1 CHIBIDO), la modélisation (en lien avec les équipes de l’IMT Atlantique développant des approches en Intelligence Artificielle), en microbiologie ou en écologie pour s’impliquer et porter des projets internationaux sur cette thématique. Par ailleurs, le laboratoire a activement participé à la création du consortium international JETZON (Joint Exploration of the Twilight Zone Ocean Network : https://jetzon.org/) coordonnant les programmes sur la zone mésopélagique.

29/01/2018/by sherve@univ-brest.fr

Rôle des interactions trophiques complexes dans les cycles biogéochimiques

Source : http://planktonnet.awi.de (provided under a Creative Commons Attribution 3.0 License)

Dans l’océan, les interactions trophiques entre les individus restent principalement représentées selon un schéma prédateur-proie. Pourtant, les méta-analyses de co-occurrences taxonomiques, permises par les progrès en biologie moléculaire, suggèrent que de nombreux organismes planctoniques sont impliqués dans des interactions complexes allant de la prédation facultative à la symbiose en passant par le mutualisme. Si ces relations semblent la règle et non l’exception dans l’océan, les efforts de recherche se portent principalement sur quelques exemples emblématiques. Dans CHIBIDO, nous tâchons de mettre en évidence de nouvelles interactions et nous nous intéressons plus particulièrement aux organismes mixotrophes (à la fois phototrophes et phagotrophes), mode trophique de la majorité des dinoflagellés et aux diazotrophes qui vivent souvent en symbiose avec d’autres organismes. Pour mieux comprendre le rôle des interactions trophiques sur les cycles biogéochimiques (notamment de l’azote et du carbone), il est nécessaire de coupler des outils.

L’équipe est internationalement reconnue pour sa compétence en matière d’isotopes stables 13 C et 15 N pour quantifier les flux océaniques. Depuis quelques années, elle couple cette approche avec de nouveaux outils (par ex. nanoSIMS ou tri par cytométrie en flux) qui permettent de visualiser et de quantifier les flux entre le milieu et les organismes et/ou entre les organismes.

29/01/2018/by sherve@univ-brest.fr

Découverte, étude et valorisation de molécules et d’ingrédients d’origine marine pour la santé et la biotechnologie

Panorama theme, Thematiques de recherche

Les environnements marins hébergent une très grande diversité d’organismes dont la physiologie s’est adaptée aux contraintes biotiques et abiotiques de leur milieu, en adaptant leur fonctionnement cellulaire et en produisant des métabolites primaires et/ou secondaires originaux. Ces mécanismes cellulaires et ces composés, qu’ils soient impliqués dans des processus vitaux ou dans des interactions inter-organismes, représentent un réservoir de molécules potentiellement valorisables en santé humaine, animale et végétale, en cosmétique, en agro-alimentaire et d’une façon plus générale en biotechnologie. Il s’agit de tirer parti des connaissances acquises sur la biodiversité marine, en écologie chimique et sur les mécanismes cellulaires des organismes marins, pour isoler, caractériser et valoriser des mécanismes et des substances bio-actives permettant de lutter contre certaines pathologies, des familles de composés bénéfiques pour la santé humaine et animale, ou d’intérêt en biotechnologie. Il s’agit également d’imaginer les développements biotechnologiques de demain dans des domaines innovants tels que les approches biomimétiques pour le développement de matériaux biocompatibles, l’émergence de produits naturels issus de démarches durables, ou la lutte contre le biofouling. L’identification des mécanismes fondamentaux, ancestraux et originaux présents chez les organismes marins représentent une source d’inspiration pour mimer ces processus en santé humaine, dans la lutte contre certaines pathologies métaboliques ou dérèglements cellulaires, accélérant ainsi nos perspectives d’interface vers la recherche clinique.

29/01/2018/by sherve@univ-brest.fr

Un thème de recherche majeur au LEMAR sur lequel l’unité affiche des compétences complémentaires et une expertise unique dans le Grand Ouest

Le cycle du Silicium : les silicifiés oubliés

Chibido theme, Thematiques de recherche

Le cycle du silicium est une thématique historique du LEMAR qui possède une forte visibilité internationale grâce à notre implication dans les programmes et consortium internationaux comme BioGeoSCAPES, IMBER, IODP, GEOTRACES, OPALEO, PAGES et SILICAMICS. Nous avons développé une approche transdisciplinaire, incluant la chimie, la biogéochimie, la paléo-océanographie, la biochimie, la physiologie, la biologie et, nouvellement, la génomique. Nous utilisons par ailleurs 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 du Si jusqu’à de grandes campagnes internationales d’observation du milieu naturel. Le «Si-group» a initié en 2015 le cycle de conférences internationales SILICAMICS autour du rôle des organismes silicifiants dans le fonctionnement des écosystèmes marins et dans les cycles biogéochimiques océaniques. SILICAMICS s’est poursuivie au Canada en 2018, et une 3 ème édition est en préparation en Chine (2021). Suite à ces conférences, l’article de Nature Geoscience (Tréguer et al., 2018) combine les compétences d’experts en physique, biogéochimie, génomique et modélisation pour faire le point sur l’efficacité d’export des diatomées ; l’issue spéciale de Frontiers in Marine Science (Moriceau et al. 2019) rassemble 12 articles couvrant les thèmes de SILICAMICS et deux ANRs (BIOPSIS et RADICAL) ont vu le jour, mettant en évidence la nécessité de réévaluer le rôle des silicifiés oubliés dans le cycle du Si (voir AR2.2 CHIBIDO). Ces épisodes ont de plus été moteurs dans la création d’un consortium puis d’une école internationale et cours en ligne (Silica School) réunissant 31 instituts de recherche de 12 pays. De nombreux chercheurs invités régulièrement au LEMAR garantissent le dynamisme et la visibilité de cette thématique du LEMAR au niveau international.

Pour en savoir plus :

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

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

New Recognition for Major Players in the Ocean’s Silicon Cycle

29/01/2018/by sherve@univ-brest.fr

Liens entre les cycles biogéochimiques des métaux et le vivant

Chibido theme, Thematiques de recherche

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.

29/01/2018/by sherve@univ-brest.fr

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