L’oxygène que vous respirez dépend d’un minuscule ingrédient marin
La prochaine fois que vous respirerez, n’oubliez pas qu’une grande partie de cet oxygène provient d’algues océaniques microscopiques. Leur capacité à produire de l’oxygène grâce à la photosynthèse est renforcée par la poussière de fer qui se dépose dans la mer.
Une nouvelle étude de l’Université Rutgers, publiée dans les Actes de la National Academy of Sciences, offre une image plus claire du fonctionnement de ce processus essentiel et de son importance pour la vie sur Terre.
Le fer et les producteurs d’oxygène des océans
Le phytoplancton marin est constitué de minuscules algues qui se trouvent à la base des réseaux trophiques océaniques. Ces organismes dépendent du fer, un micronutriment vital, pour se développer et fonctionner. Le fer atteint les océans principalement par la poussière en suspension dans l’air des déserts et des régions sèches, ainsi que par l’eau de fonte libérée par les glaciers.
« Toute autre respiration que vous prenez contient de l’oxygène de l’océan, libéré par le phytoplancton », a déclaré Paul G. Falkowski, titulaire de la chaire Bennett L. Smith en affaires et ressources naturelles à Rutgers-Nouveau-Brunswick et co-auteur de l’étude. « Nos recherches montrent que le fer est un facteur limitant la capacité du phytoplancton à produire de l’oxygène dans de vastes régions de l’océan. »
Sans suffisamment de fer, la photosynthèse ralentit ou s’arrête complètement. La photosynthèse est le processus de conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique tout en libérant de l’oxygène. Lorsque ce processus s’interrompt, le phytoplancton se développe plus lentement, capte moins de lumière solaire et élimine moins de dioxyde de carbone de l’atmosphère.
Changement climatique et effets d’entraînement sur la vie marine
Selon Falkowski, de plus en plus de preuves indiquent que le changement climatique remodèle les schémas de circulation océanique et réduit la quantité de fer déversée dans la mer. Même si des niveaux de fer plus faibles n’empêcheront pas les gens de respirer, a-t-il ajouté, ils pourraient néanmoins avoir de graves conséquences sur les écosystèmes marins.
« Le phytoplancton est la principale source de nourriture du krill, la crevette microscopique qui constitue la principale source de nourriture dans l’océan Austral pour pratiquement tous les animaux, y compris les manchots, les phoques, les morses et les baleines », a déclaré Falkowski. « Lorsque les niveaux de fer baissent et que la quantité de nourriture disponible pour ces animaux de niveau supérieur diminue, il en résultera une diminution du nombre de ces créatures majestueuses. »
Les scientifiques soupçonnent depuis des décennies que le fer joue un rôle clé dans la photosynthèse. Cependant, la plupart des recherches antérieures reposaient sur des expériences en laboratoire, laissant subsister des questions majeures sur la façon dont le processus se déroule en haute mer.
Étudier la photosynthèse en haute mer
Pour mieux comprendre les conditions du monde réel, l’auteur principal Heshani Pupulewate, assistant de recherche diplômé au Département de chimie et de biologie chimique travaillant dans le laboratoire de Falkowski, a passé 37 jours en mer en 2023 et 2024. Elle a voyagé à bord d’un navire de recherche britannique à travers l’océan Atlantique Sud et l’océan Austral, se déplaçant de la côte sud-africaine jusqu’au bord de la zone de glace du Weddell Gyre et retour.
Pendant le voyage, Pupulewate a utilisé des fluoromètres personnalisés construits par Max Gorbunov du laboratoire Falkowski du campus Cook au Nouveau-Brunswick. Ces instruments mesuraient la fluorescence, qui reflète l’énergie libérée par le phytoplancton lors de la rupture de la photosynthèse. Elle a également ajouté des nutriments aux échantillons collectés pour voir si la photosynthèse pouvait redémarrer.
« Nous voulions savoir ce qui arrive réellement au processus de transfert d’énergie au niveau moléculaire du phytoplancton dans les environnements naturels », a-t-elle déclaré.
Comment les pénuries de fer gaspillent de l’énergie
Les mesures ont montré que lorsque le fer est rare, jusqu’à 25 % des protéines qui captent la lumière sont « découplées » des structures qui convertissent cette énergie en formes chimiques utilisables. Cette déconnexion réduit l’efficacité avec laquelle le phytoplancton peut utiliser la lumière du soleil. Lorsque le fer redevient disponible, les algues sont capables de reconnecter ces systèmes, améliorant ainsi la consommation d’énergie et soutenant la croissance.
« Nous avons démontré les résultats du stress ferreux sur le phytoplancton en pleine mer, sans même rapporter d’échantillons au laboratoire pour réaliser des extractions moléculaires à partir de mesures de fluorescence effectuées en mer », a-t-elle expliqué. « Ce faisant, nous avons pu montrer que beaucoup plus d’énergie est gaspillée sous forme de fluorescence lorsque le fer est limité. »
Une meilleure compréhension de la manière dont le fer contrôle la photosynthèse à l’échelle moléculaire pourrait aider les chercheurs à mieux anticiper les changements dans la productivité des océans et les changements dans le cycle mondial du carbone, a-t-elle ajouté.