Fonctionnement des communautés microbiennes

Au cours des dernières années, le LM2E s’est attaché à décrire la diversité microbienne des milieux extrêmes tels les sources hydrothermales, les marges continentales en zone de suintements froids et les sédiments marins profonds. Après cette phase d’inventaire, nous nous attacherons à décrire et comprendre le fonctionnement des communautés microbiennes et leurs interactions avec leur milieu, biotique ou abiotique.

Cycles biogéochimiques

Dans le contexte hydrothermal, c’est le cycle du carbone qui sera privilégié. En fonction des températures qui conditionnent l’existence de zones anaérobies et aérobies, la diversité métabolique est étudiée afin de déterminer l’importance relative des respirations aérobies, anaérobies et fermentations ainsi que les relations possibles entre communautés autotrophes et hétérotrophes.
Les résultats récents acquis par notre groupe en collaboration avec le laboratoire AMEX (UMR7138) ont montré que dans la cavité céphalothoracique l’oxidation du fer pourrait être d’origine microbienne tandis qu’au niveau du système digestif une réduction du fer pourrait avoir lieu. De plus amples études sont nécessaires afin de confirmer ou non l’importance du fer comme source d’énergie.

Enfin, en compilant les informations disponibles sur les espèces bactériennes décrites en milieu hydrothermal, on peut noter l’absence de micro-organismes effectuant la respiration aérobie de l’ammonium aux températures supérieures à 60°C. Ainsi le cycle de l’azote ne fonctionnerait-il pas à ces températures, sauf à envisager l’existence de la réaction anamox. Cette réaction est actuellement recherchée sur les échantillons hydrothermaux, en collaboration avec le laboratoire du Pr M. Jetten (Université de Nimègue, Pays Bas) .

En contexte de marges continentales, l’effort du LM2E porte également sur le cycle du carbone et plus particulièrement sur la méthanogenèse et la méthanotrophie aérobie et anaérobie.

Interactions procaryotes/eucaryotes, et milieu abiotique

Dans les milieux océaniques profonds, où la lumière ne pénètre pas, la photosynthèse n’a pas lieu. Ces écosystèmes sont alimentés par la part très réduite des matières d’origine photosynthétiques, qui ont coulé depuis la surface. Ainsi, dans ces environnements profonds, la biomasse est très limitée et généralement estimées à moins de 1 g de matière sèche par m2 ce qui peut être considéré comme un désert. A l’opposé, au niveau des sources hydrothermales, ou des zones de suintements froids, la vie est luxuriante et la biomasse est très élevée. Découverts en 1977 aux Galápagos, les écosystèmes hydrothermaux se retrouvent tout le long des dorsales médio océaniques, telle la ride Est Pacifique, celle de Juan de Fuca ou médio Atlantique et les bassins arrières arcs tel celui des Fiji. Les zones de suintements froids se retrouvent sur les marges continentales. Ces écosystèmes sont liées à l’activité hydrothermales où des fluides réduits sont émis à de hautes températures ou à des remontées de gaz, principalement le méthane et l’hydrogène sulfuré.
Dans ces milieux, les microorganismes chimiolithoautotrophes sont les principaux producteurs primaires qui permettent la colonisation d’une faune diversifiée. Les exemples de symbioses bactériennes sont nombreux. Alors que les endosymbioses (chez le vestimentifère Riftia pachyptila, ou les bivalves Bathymodiolus et Calytogena) ont été bien étudiées, dans les cas d’épibioses, les hypothèses sur le rôle des microorganismes associés restent ouvertes et la symbiose (au sens d’interaction durable à bénéfice réciproque pour les partenaires) reste à prouver. Cette épibiose peut avoir un rôle (i) nutritif, (ii) de détoxication vis à vis des métaux lourds, (iii) de protection contre des microorganismes qui pourraient être pathogènes, (iv) ou être une nouvelle forme de parasitisme ayant un rôle dans la régulation des populations.
Le projet proposé s’intéresse à une espèce majeure, mais encore peu étudiée des sites hydrothermaux de l’Atlantique, la crevette Rimicaris exoculata. Au cours des années à venir nous souhaitons poursuivre et compléter les études en cours sur les interactions existant entre Rimicaris exoculata tant au niveau de sa cavité céphalothoracique que de son tractus digestif. Nous travaillerons principalement sur 4 questions :

 

  • Quelle est la source de carbone des crevettes, les épibiontes de la cavité céphalothoracique, celle du tube digestif et/ou les communautés microbiennes des édifices actifs ?
  • Comment les crevettes acquièrent leur carbone à partir des bactéries, quelles communautés (système digestif et /ou cavité céphalothoracique) ?
  • Quels sont les métabolismes en jeu dans ces interactions?
  • Les communautés microbiennes variant-elles en fonction des conditions in situ?

Les études menées à ce jour sur cette épibiose sont descriptives, faute de moyens techniques pour appréhender les aspects fonctionnels. Le projet se propose d’aller plus loin par la mise en place de protocoles expérimentaux en aquarium pressurisés, directement à bord des navires océanographiques en collaboration avec le laboratoire AMEX (UMR7138). En effet, Rimicaris exoculata est capable de survivre à la dépressurisation lors de la remontée. La mise au point de nouvelles techniques de prélèvement et de re-conditionnement sous pression nous permettront de réaliser des expérimentations in vivo, et ainsi de pouvoir tester pour la première fois nos hypothèses sur le fonctionnement de cette association symbiotique et ce en différents sites hydrothermaux contrastés en terme de composition de fluides.