Croissance des micro-algues à très faibles lumières sous la banquise arctique à la sortie de la nuit polaire, et rôle dans l'inoculation du bloom printanier – Dim

Dans l’océan Arctique, les micro-algues sont soumises à des variations saisonnières extrêmes d’éclairement, de la nuit polaire sous la banquise au soleil de minuit en eaux libres de glace. Nous avons récemment découvert qu’elles pouvaient croitre à de très faibles éclairements dès la sortie de la nuit polaire. L’objectif du projet Dim est de quantifier la croissance des micro-algues arctiques à des éclairements extrêmement faibles, et d’identifier les mécanismes de régulation du métabolisme cellulaire qui la rendent possible. Le projet comprend une série d’expériences en laboratoire pour caractériser la croissance d’une diatomée arctique à faibles éclairements, une campagne de mesure en Baie de Baffin durant l’hiver 2023-2024 pour mesurer la croissance des différents groupes taxomomiques présents entre décembre et avril, et des expériences de modélisation pour déterminer le rôle possible de la croissance à faible éclairement dans l’inoculation du bloom printanier de micro-algues en Arctique. Dans les deux premières expériences en laboratoire, la diatomée polaire Fragilariopsis cylindrus sera cultivée sous des régimes lumineux continu, puis reproduisant le cycle jour-nuit naturel, à 7 niveaux d’éclairement allant de ~0.01 à 10 mmol photons m-2 s-1. Dans une troisième expérience, différentes formes de carbone organique seront ajoutées afin d’étudier le rôle de l’hétérotrophie. Enfin, dans la quatrième expérience, nous comparerons le taux de croissance de F. cylindrus à très faible éclairement, à ceux de trois autres diatomées polaires et d’un prasinophyte typique de l’Arctique, Micromonas polaris. Dans ces expériences, nous évaluerons le rôle des stratégies suivantes qui pourraient rendre possible la croissance des diatomées à très faible éclairement : maximisation de la capture de photons et de l’efficacité de la photosynthèse, minimisation de la respiration, optimisation de l’utilisation des réserves, notamment des lipides, et recours à l’hétérotrophie pour complémenter l’apport d’énergie par la photosynthèse. Une caractérisation détaillée de la photophysiologie, ainsi que des analyses de protéomique, de lipidomique et de transcriptomique permettront d’évaluer la contribution de chacune de ces stratégies. Durant la campagne de terrain en Arctique, la croissance des micro-algues dans la glace de mer et la colonne d’eau sera suivi de décembre 2023 à avril 2024, près de Qikiqtarjuaq (Nunavut, Canada) sous la banquise côtière. Tous les 4 jours, nous documenterons : le champ lumineux dans la glace et la colonne d’eau à l’aide d’un radiomètre ultra-sensible, les pigments algaux, les propriétés d’absorption de la lumière et de photosynthèse, l’abondance et la taxonomie des micro-algues et du zooplancton, l’assimilation du carbone et de l’azote par les micro-algues, le taux de broutage par le zooplancton, les nutriments, les propriétés hydrologiques et les flux verticaux de particules. De plus la composition spécifique des communautés de micro-algues sera analysée par séquençage haut-débit ciblant les régions V4 et V9 de l’ARNr 18S et 16S des chloroplastes. Finalement, nous utiliserons des outils de simulation numérique afin de tester notre hypothèse selon laquelle la croissance des micro-algues durant la nuit polaire influence les processus écologiques du printemps suivant (modèle utilisant l’approche par trait, couplé au modèle de circulation générale de MIT). Nous prévoyons les expériences numériques suivantes : i) une série d’études de sensibilité à l’aide d’une version 1-D du modèle afin de quantifier la gamme des paramètres biologiques requis pour simuler une croissance nette positive des diatomées à très faible éclairement, ii) test du rôle de la prédation, et iii) utilisation d’une configuration 3-D de la Baie de Baffin pour quantifier l’impact de la croissance des diatomées à très faibles éclairements sur les patrons spatiaux de variations de la phénologie et de la magnitude du bloom printanier de phytoplancton.