Réponse des communautés microbiennes aux apports de matière organique dissoute terrigène dans les écosystèmes aquatiques dans un monde en évolution – RESTORE

Un défi permanent pour les scientifiques est de comprendre comment plusieurs facteurs de stress peuvent interagir et influer sur les relations biologiques et par la suite sur le fonctionnement des écosystèmes. Il est largement reconnu que les bassins hydrographiques influent de manière importante sur la qualité des écosystèmes aquatiques. Les apports de matière organique dissoute terrestre (MODt) dans les écosystèmes aquatiques ont augmenté ces dernières décennies en raison de divers facteurs, tels que l’intensification des usages agricoles des terres, les changements dans le climat et l’hydrologie. L’augmentation attendue du ruissellement de MODt et les changements globaux (e.g., augmentation de la température) ont potentiellement des effets importants dans les flux d’énergie et l’efficacité du réseau trophique dans les écosystèmes aquatiques. De plus, la MOD dans les écosystèmes aquatiques pourrait constituer un mécanisme important de rétroaction dans le système climatique, car des changements mineurs dans le stock de MOD ont un impact considérable sur le CO2 atmosphérique et le bilan radiatif sur la Terre. Une modification des écosystèmes aquatiques vers un état plus hétérotrophe est attendue par l’utilisation microbienne de la MODt et un effet de « brunissement » des eaux (masquage de la lumière). Cependant, les effets interactifs avec la température, la possibilité d’un effet d’amorçage dans la dégradation de la MODt, la résilience du système après la perturbation liée à l’apport de MODt et les conséquences pour les services écosystémiques, sont largement inconnus.

Le projet RESTORE réunit des spécialistes en écologie générale, océanographie et limnologie, microbiologie, biogéochimistes, modélisation et gestion d’infrastructures expérimentales. Pour la première fois, la réaction des écosystèmes d’eau douce et d’eau marine aux perturbations séparées ou combinées (apports de MODt et température) sera comparée à l’aide d’une combinaison unique d’approches expérimentales.

Des expériences en mésocosmes (3-12 semaines) seront effectuées en utilisant les installations des plateformes CEREEP-Ecotron IDF et MEDIMEER, pour étudier les réponses des écosystèmes d’eau douce et d’eau marine, respectivement. En outre, des expériences en microcosmes (cultures en batch et chémostats) seront réalisées avec de l’eau eau douce et marine afin d’étudier plus précisément le rôle de l’effet d’amorçage en utilisant de la lignine marquée par un isotope stable (13C). Les réponses microbiennes seront mesurées en terme de fonctionnalités, de composition et de transferts trophiques en utilisant un ensemble de paramètres faisant appel à différentes technologies de pointe (e.g., metabarcoding, métagénomique, traçage isotopique, spectrométrie de masse à résonance cyclotronique ionique [FT-ICR-MS]). Des modèles mathématiques seront élaborés et utilisés pour implémenter des expériences virtuelles afin de tester des hypothèses qui ont jusqu'à présent jamais été étudiées expérimentalement et qui dépassent les possibilités expérimentales du projet (pour des raisons techniques et financières).

Les résultats obtenus nous permettront de (1) décrire les modifications dans la structure et les fonctionnalités des communautés microbiennes aquatiques après l’apport de MODt combinée à une élévation de température ; (2) déchiffrer l’effet de l’amorçage sur le devenir de la MODt dans différents contextes environnementaux avec l’identification des acteurs microbiens et des enzymes de dégradation ; et (3) identifier les modifications dans les réseaux de co-occurrence microbiens et modéliser les réponses mesurées dans les écosystèmes d’eau douce et marine. Nos résultats pourront servir de base à l’élaboration des politiques liées à la gestion des milieux d’eau douce et marine dans l’Union européenne pour préserver les ressources aquatiques affectées par le changement global.