Dans les lacs d’eau douce en Croatie, les nutriments de trésor des bactéries égoïstes
Les bactéries jouent un rôle clé dans la dégradation de la matière organique, à la fois dans le sol et dans les écosystèmes aquatiques. Alors que la plupart des bactéries digèrent de grandes molécules à l’extérieur, permettant aux autres membres de la communauté de partager et de récupérer, certaines bactéries prennent égoïstement des molécules entières avant de les digérer en interne. Dans une publication d’article le 10 avril dans le Cell Press Journal Rapports cellulairesLes chercheurs documentent pour la première fois « l’absorption de polysaccharides égoïstes » dans les écosystèmes d’eau douce. Dans les lacs Kozjak et Crniševo en Croatie, ils ont constaté que la thésaurisation des nutriments permet aux espèces égoïstes de dominer les autres, ce qui pourrait façonner la toile alimentaire d’un lac – et ces dynamiques se déplaceront probablement en raison du changement climatique, en particulier dans les lacs froids.
« Les bactéries jouent un rôle crucial dans le cycle des nutriments dans les lacs en dégradant les polysaccharides, et leur capacité à consommer égoïstement ces composés influence la disponibilité du carbone et d’autres nutriments dans l’écosystème », explique le premier auteur Andrea čačković du Ruder Bošković Institute.
Pour explorer le rôle des micro-organismes égoïstes dans les systèmes d’eau douce, les chercheurs ont comparé deux lacs différents en Croatie: le lac Kozjak nord, le plus grand et le plus profond lac de Plitvice Lakes National Park et le lac Crniševo plus sud. Alors que le lac Kozjak est oligotrophe (c’est-à-dire a de faibles niveaux de nutriments et d’algues) et se fige en hiver, le lac Crniševo est dans un climat méditerranéen et est mésotrophique (c’est-à-dire a des niveaux plus élevés de nutriments et d’algues).
L’équipe a collecté des échantillons d’eau au printemps et à l’été 2022 et à l’hiver 2023 et a quantifié les bactéries de chaque lac pendant les différentes saisons. Dans le laboratoire, les chercheurs ont incubé les bactéries avec six polysaccharides marqués par fluorescence différents qui leur ont permis de voir si les bactéries ont intégré égoïstement les molécules ou les digérer à l’extérieur et si des polysaccharides spécifiques étaient préférentiellement dégradés en utilisant le mécanisme égoïste. Ils ont également utilisé le séquençage génétique pour comparer les communautés bactériennes des lacs au cours de différentes saisons et pour identifier les espèces bactériennes qui ont utilisé le mécanisme d’absorption égoïste.
Ils ont montré que les bactéries égoïstes étaient présentes dans les deux lacs, mais la quantité d’activité égoïste variait de façon saisonnière. Dans l’ensemble, le lac Crniševo mésotrophique a montré une plus grande abondance de bactéries, une communauté bactérienne plus diversifiée et des taux plus élevés d’absorption de nutriments égoïstes que le lac oligotrophe.
« Il est fascinant que ce mécanisme, dont nous ne savions même pas existant avant 2017, soit également utilisé dans les systèmes d’eau douce », explique Greta Reintjes de l’écologiste microbien de l’Université de Brême.
L’équipe a été surpris de constater que dans le lac mésotrophique, une activité égoïste a augmenté à la suite d’une fleur de phytoplancton pendant l’été où les nutriments étaient abondants. Ce n’était pas le cas pour le lac oligotrophe de Kozjak, où l’activité égoïste a culminé pendant l’hiver de la scarce des nutriments, similaire à ce qui a été observé dans les écosystèmes marins.
« Dans le lac Crniševo, lorsqu’il y avait un matériau plus élevé, il y avait plus d’activité égoïste, qui était complètement inattendue », explique Reintjes. « Nous ne pouvons pas encore expliquer cela écologiquement – nous devons faire plus de recherches pour comprendre qui sont ces organismes spécifiques qui se comportent différemment et pourquoi. »
L’équipe a également constaté que certains polysaccharides étaient plus susceptibles d’être digérés égoïstement que d’autres. Pour les deux lacs, le polysaccharide le plus couronné était Pullulan – un sucre produit par des champignons. Pullulan a été digéré égoïstement jusqu’à 12% du temps dans le lac oligotrophique et jusqu’à 7% du temps dans le lac mésotrophique.
« L’une des découvertes les plus inattendues était que les bactéries ne dégradent pas tous les polysaccharides également », explique čačković. « Au lieu de cela, ils semblent sélectifs, ce qui peut façonner la composition de la communauté microbienne et influencer le réseau alimentaire du lac. »
Ces dynamiques pourraient être affectées par le changement climatique, en particulier dans les lacs froids comme le lac Kozjak.
« Lorsque le lac se gèle en hiver, c’est comme une réinitialisation du système, et c’est quelque chose qui pourrait être changé à l’avenir, car avec le changement climatique, ces moments de congélation deviennent moins fréquents qu’ils ne l’étaient dans le passé », explique Coautheur et microbiologiste Sandi Orlić du Ruđer Bošković Institute en Croatie. « Comprendre comment les sucres sont dégradés par différentes bactéries nous aideront à comprendre l’image mondiale du cycle du sucre et du carbone et comment cela sera affecté par le changement climatique. »
À l’avenir, les chercheurs prévoient d’utiliser des méthodes génomiques pour explorer quels gènes et enzymes sont derrière le mécanisme égoïste des bactéries. Ils prévoient également de rechercher des bactéries égoïstes dans d’autres types d’écosystèmes.
« J’ai hâte de tester plus de systèmes et de voir si ces bactéries égoïstes sont absolument partout », explique Reintjes. « En fin de compte, j’aimerais avoir une compréhension complète de l’importance des organismes égoïstes dans le monde pour le renouvellement du carbone. »
Cette recherche a été soutenue par le financement de DAAD Research Grants, FEMS Research and Training Grant, la German Research Foundation et la Croatian Science Foundation.