Les dinokystes : des capsules in-temporelles
Les Dinoflagellés sont des microorganismes unicellulaires qui se développent dans les 50 premiers mètres de la colonne d’eau océanique mais également au sein de nombreux écosystèmes aquatiques : lacs, rivières et estuaires. Si certaines espèces de ces microalgues ont quelquefois mauvaise réputation (Alexandrium minutum par ex., qui peut provoquer des intoxications alimentaires sévères), elles représentent cependant d’excellents modèles pour la reconstitution des environnements et climats passés.
Pour 10% des espèces connues (2000 sont actuellement répertoriées), le cycle de reproduction annuel aboutit à la formation d’un œuf (zygote) enveloppé d’une structure protectrice, le dinokyste, dont la morphologie est spécifique à chaque taxon. Ces kystes protègent temporairement la cellule de conditions environnementales hostiles, via un enfouissement dans les sédiments de surface. Au bout d’un certain temps, la cellule déchire le kyste (cf. fig.1) pour rejoindre la colonne d’eau, abandonnant derrière elle une coquille vide. Certains dinokystes sont si résistants qu’ils se fossilisent et traversent ainsi les différentes ères géologiques comme de véritables capsules temporelles.
De nombreux critères morphologiques permettent de classifier et de dater les kystes, comme la déchirure (archéopyle) provoquée par la libération de la cellule (cf. fig. 1). De même le processus de fossilisation des dinokystes, immuable depuis des millions d’années, nous renseigne sur les évènements naturels passés (modifications climatiques, extinction ou diversification des espèces) et ce à des échelles temporelles fines (de l’ordre du millénaire).
Figure 1 : Dinokyste (forme du milieu du Crétacée -145 à -66 Ma), à noter : la morphologie caractéristique du kyste et de l’archéopyle (triangle noir).
Par ailleurs, la répartition géographique des espèces de dinoflagellés (et donc de dinokystes) dans les eaux de surface répondant à différentes contraintes écologiques de température, salinité, concentration en nutriments… ces kystes représentent d’excellentes sources d’informations sur les conditions environnementales et climatiques (ère glaciaires, réchauffements climatiques) qui prévalaient là et au moment où s’est développée la cellule.
Si certaines espèces sont présentes dans toutes les mers du globe, d’autres sont cantonnées à des zones géographiques plus restreintes (l’Océan Arctique et ses eaux froides par ex., pour Islandium minutum). A partir de ce constat et via des outils statistiques, les chercheurs ont rapproché certains paramètres environnementaux, des populations de kystes estimées et quantifiées à partir des sédiments de surface. Ces différentes espèces sont ainsi utilisées comme marqueurs des conditions environnementales, antérieures (Islandium minutum véritable « paléo thermomètre »). Cette approche « actualiste » qui considère que les processus écologiques restent identiques au cours du temps, apporte une meilleure compréhension des fines variations climatiques du passé.
Plus concrètement, l’utilisation de kystes comme biomarqueurs a permis d’étudier l’évolution du climat en Atlantique nord pour la dernière période glaciaire (-70 000 à -15 000 ans). L’espèce Bitectatodinium tepikiense par ex. est connue pour sa particulière affinité avec les eaux de surface très froides ; sa présence dans les différentes strates d’une carotte sédimentaire prélevée au sud de la mer de Norvège (cf. fig. 2a), a permis aux chercheurs de mettre en évidence des pics d’abondances périodiques de l’espèce, dans cette zone géographique. Suivant cette même approche, il a également été possible de détecter (jusqu’au Sud du Portugal) de brèves alternances de réchauffements et refroidissements climatiques, concrétisées par l’effondrement des calottes en période glaciaire et le développement de dinoflagellés ayant des affinités pour les eaux relativement douces et froides (cf. fig. 2c).
Figure 2 : En haut : évolution du pourcentage de certains taxons dinokystes sur les 4 carottes au cours des derniers 35 000 ans. Corrélation entre présence/absence de certains kystes (a, b, c, d) et certains paramètres environnementaux majeurs comme : a’ : température de surface en hiver et durée annuelle du couvert de glace de mer et b’ : concentration en kystes et salinité de l’eau de mer. En bas : trajectoire des courants en Atlantique Nord lors de la dernière période glaciaire avec position des 4 carottes sédimentaires étudiées.
Les dinokystes constituent par ailleurs d’excellents indicateurs d’eutrophisation du milieu (déséquilibre nutritif induit par un apport excessif d’azote et de phosphore). Des travaux récents s’intéressant à l’évolution des pratiques agricoles avant et après la 2nde guerre mondiale ont permis, par l’étude d’une carotte sédimentaire prélevée en baie de Daoulas (Finistère), de rapprocher les populations de kystes fossilisés, des données physico chimiques (climat, précipitations, nitrates, etc.) répertoriées localement durant plusieurs décennies (cf. fig. 3), les changements des pratiques agricoles au fil du temps ont ainsi pu être analysées. Ces études rétrospectives permettent de mieux appréhender l’impact des variations climatiques ou anthropiques (agriculture et utilisation intensive d’engrais par exemple, déforestation, pollution, etc.) sur l’évolution des écosystèmes côtiers et notamment à des échelles de temps où les séries sédimentaires pallient l’absence de relevés « modernes ».
Figure 3 : Suivi temporel des populations de 3 espèces de dinoflagellés et des paramètres physico-chimiques, en rade de Brest depuis 1870.
Enfin, il apparait que le développement excessif d’Alexandrium minutum en rade de Brest, semble effectivement corrélé au réchauffement du climat et aux apports excessifs en nitrates. Grace aux analyses par quantification d’ADN extracellulaire fossilisé dans les sédiments, les connaissances sur l’écologie de cette espèce s’affinent et vont permettre à terme, d’éclaircir l’ensemble des mécanismes inhérents à sa prolifération excessive, observée depuis ces dernières décennies (cf. fig. 3).
De la reconstitution des climats passés aux variations climatiques actuelles en passant par la surveillance des écosystèmes côtiers, les kystes de dinoflagellés constituent donc de formidables outils à disposition de nombreuses disciplines scientifiques. Ils nous amènent également à porter un regard différent sur un groupe de microorganismes dont la réputation sulfureuse est encore bien « enkystée ».
Médiation scientifique
Assurée par Marc Cozannet, doctorant de l’Ecole Doctorale des Sciences de la Mer et du Littoral (EDSML – Université de Bretagne Occidentale), en 3ème année de thèse au Laboratoire de Microbiologie des Environnements Extrêmes (LM2E), à l’Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM).
L’article
Penaud Aurélie, William Hardy, Clément Lambert, Fabienne Marret, Edwige Masure, Thomas Servais, Raffaele Siano, Mélanie Wary, et Kenneth Neil Mertens. « Dinoflagellate Fossils: Geological and Biological Applications ». Revue de Micropaléontologie, 60th Anniversary, 61, no 3 (1 décembre 2018): 235 54. https://doi.org/10.1016/j.revmic.2018.09.003.
Les auteurs
Penaud Aurélie, William Hardy et Clément Lambert : UMR 6538 Géosciences Océan, IUEM, Université Brest, CNRS, 29280 Plouzané, France (https://www-iuem.univ-brest.fr/lgo/) ; Fabienne Marret : Department of Geography and Planning, School of Environmental Sciences, University of Liverpool, L69 7ZT Liverpool, UK ; Edwige Masure : Centre de Recherche sur la Paléobiodiversité et les Paléoenvironnements, CR2P, UMR 7207, MNHN, CNRS, Sorbonne université, 4, place Jussieu, 75005 Paris, France ; Thomas Servais : CNRS UMR 8198 Evo-Eco-Paleo, Université Lille, 59000 Lille, France (http://eep.univ-lille.fr/) ; Raffaele Siano : Ifremer, Centre de Brest, DYNECO PELAGOS, 29280 Plouzané, France (https://wwz.ifremer.fr/dyneco/) ; Mélanie Wary : UMR 5805 EPOC (Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux), Université Bordeaux, CNRS, EPHE, 33615 Pessac, France (https://www.epoc.u-bordeaux.fr/) et Institute of Environmental Science and Technology (ICTA), Universitat Autònoma de Barcelona, 08193 Bellaterra, Catalonia, Spain ; Kenneth Neil Merten : Ifremer, LER BO, Station de Biologie Marine, place de la Croix, BP 40537, 29185 Concarneau cedex, France (https://wwz.ifremer.fr/lerbo).
La revue
La « Revue de Micropaléontologie » (https://www.journals.elsevier.com/revue-de-micropaleontologie) est éditée par Elsevier. Elle publie des articles originaux d’intérêt international concernant tous les domaines de la micropaléontologie.
Contacts
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