Effets du réchauffement climatique sur le déclenchement des blooms phytoplanctoniques marins : photoperiodisme, composition et adaptation – Photo-Phyto

Le phytoplancton marin, à la base des chaînes alimentaires océaniques, joue un rôle clé dans les cycles biogéochimiques en contribuant à environ 50% de la production primaire. Le réchauffement des océans est le principal facteur responsable des changements globaux de productivité, biomasse et phénologie (moment des blooms) des communautés phytoplanctoniques.
Dans les océans tempérés, l’abondance et la diversité du phytoplancton augmentent de façon considérable entre l’hiver et le printemps. Ces blooms printaniers contribuent de façon importante à la production primaire. De tels blooms ont été mis en évidence chez les groupes principaux de phytoplancton, et notamment les diatomées et les picoeucaryotes. Selon l’hypothèse de Sverdup, c’est la stratification de la couche mélangée suite à l’augmentation de la température qui permet de fournir les nutriments et la lumière indispensables au phytoplancton. Pourtant plusieurs études suggèrent que la régulation du bloom est plus complexe. Plusieurs d’années de suivi dans l’étang de Thau (écosystème très productif) et Baie de Banyuls (limitation en nutriments) ont révélé des blooms printaniers en Février-Mars, avec des profils similaires. Ces blooms résultent vraisemblablement d’une combinaison de paramètres physiques (lumière, température), chimique (nutriments) et écologiques (interactions avec les bactéries, prédation).
La vie de la plupart des organismes vivants est régie par le cycle jour/nuit (photopériode) qui régule des processus saisonniers (photopériodisme) tels la floraison chez les plantes ou la reproduction chez les animaux. L’horloge circadienne est au cœur de ce processus. Si la température est un facteur important contrôlant la physiologie du phytoplancton, la photopériode est susceptible de contrôler le moment des blooms (1) en contrôlant la quantité d’énergie lumineuse pour la photosynthèse, (2) par un contrôle photopériodique (circadien) de la physiologie. Dans le contexte du réchauffement climatique, il est intéressant de déterminer comment les communautés phytoplanctoniques vont réagir et s’adapter au découplage des forçages par la photopériode (invariant) et la température (en augmentation).
L’objectif du projet PHOTO-PHYTO est d’étudier le rôle et le hériarchisme de facteurs environnementaux fluctuants comme la température et intrinsèques comme l’horloge circadienne (contrôlant le photopériodisme) dans l’initiation des blooms printaniers. Nous étudierons les effets directs du réchauffement sur la physiologie et la croissance du phytoplancton et les effets indirects, comme par exemple sur les interactions trophiques avec les bactéries et les prédateurs. En plus d’étudier des espèces modèles et des communautés naturelles et artificielles, PHOTO-PHYTO explorera l’adaptation d’une espèce clé au réchauffement.
Nous proposons de développer une approche pluridisciplinaire combinant des expertises uniques en océanographie, écologie microbienne, génomique fonctionnelle et évolution expérimentale pour répondre aux questions suivantes :
1) Quels sont les principaux facteurs in situ contrôlant les blooms phytoplanctoniques printaniers?
2) Comment la température et la photopériode interagissent t’ils pour déclencher les blooms printaniers?
3) L’adaptation au réchauffement affecte t’elle le photopériodisme et les interactions trophiques ?
4) Quel est l’effet du réchauffement sur les communautés microbiennes naturelles ?

Ces connaissances devraient permettre d'optimiser les communautés de microalgues dans des cultures ouvertes type Raceway dans des conditions naturelles ainsi que de sélectionner des souches d'O. tauri adaptées, présentant des croissances optimales à des températures élevées pour des
cultures en photobioréacteur en été.