Dynamique à fine échelle des diazotrophes dans l’océan – FIESTA

Séquençage de l'amplicon du gène NifH
PCR quantitative
Sondage aux isotopes stables et spectrométrie de masse
Échantillonnage adaptatif à l'échelle inférieure/mésoéchelle
Diagnostics satellitaires (altimétrie, couleur de l'océan) et lagrangiens
Statistiques multivariées
Modélisation

Nous avons étudié la diversité et l'activité des diazotrophes dans le Gulf Stream et deux tourbillons associés, une région à l'activité mésoéchelle intense connue pour son rôle important dans le transport des nutriments dans le gyre subtropical de l'Atlantique Nord. Nous montrons que les bords des tourbillons sont des points chauds pour l'activité des diazotrophes avec une connectivité potentielle de la communauté entre les tourbillons. En utilisant une base de données à long terme sur les tourbillons à méso-échelle, nous avons quantifié que les taux de fixation de N2 sont jusqu'à dix-sept fois plus élevés dans les tourbillons que dans les eaux ambiantes. Notre analyse justifie l'inclusion des tourbillons à méso-échelle comme points chauds pour l'apport d'azote réactif dans le cycle de l'azote océanique.

L'examen approfondi de la diversité des diazotrophes et de l'activité de fixation de N2 à une échelle fine dans différents systèmes (Gulf Stream, Pacifique Sud, Atlantique Nord-Est) a montré que la dynamique océanique à ces échelles structure les communautés de diazotrophes et a un impact sur l'apport de fixation de N2. Nous avons identifié les différences de structures, y compris les filaments, les tourbillons et les interactions internes à fine échelle entre les vagues et la marée, comme des processus clés déterminant la fixation de N2 dans l'océan. Les prochains objectifs sont les suivants :
1) étendre les mesures à l'activité métabolique microbienne (transcriptomique, protéomique) pour expliquer pourquoi la réponse au forçage à fine échelle varie entre les espèces diazotrophes, qui ont une capacité de rendement différente pour la fixation de N2.
2) l'implémentation de nouvelles paramétrisations dans les modèles régionaux afin de permettre la transposition de la fixation de N2 à fine échelle au niveau régional.

À cette fin, nous avons entamé des collaborations avec le National Oceanography Centre du Royaume-Uni en vue de développer une technologie pour l'échantillonnage omique à fine échelle (planeurs/flotteurs/véhicules autonomes), ainsi que des discussions avec des modélisateurs biogéochimiques et de distribution des espèces en vue d'améliorer les paramétrages et d'accroître la prévisibilité.

Nous avons produit 4 publications et 6 présentations dans des conférences internationales.

L'océan est constamment agité par courants qui créent des fronts, filaments et tourbillons. Ces structures «d’échelles fines» ont des échelles spatio-temporelles de 1-100 km et jours-semaines. Elles modifient les gradients biogéochimiques et contrôlent la productivité du phytoplancton et l'export de carbone, mais leur rôle dans le cycle de l'azote est inconnu. La principale source d’azote dans l’océan est la fixation d’azote par les microbes diazotrophes. Comprendre le rôle des échelles fines sur les diazotrophes nécessite des mesures à haute résolution, pas possibles avec les méthodes discrètes actuelles. FIESTA mettra en œuvre des mesures parallèles de fixation d'azote et de quantification des diazotrophes à une résolution >50 fois supérieur que celle possible jusqu’à présent. Cela permettra des quantifications plus précises des apports d'azote dans l'océan dynamique pour mieux comprendre son rôle actuel et futur dans la productivité biologique et le changement climatique.