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L'urine des animaux marins, secret du cycle de l'azote

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De petits animaux marins qui, la nuit, se nourrissent de végétaux près de la surface descendent se cacher le jour dans des zones plus profondes pour échapper aux prédateurs. Dans ces régions pauvres en oxygène, ils libèrent de l'ammonium (NH4+), un élément clé du cycle de l'azote.

L’excrétion azotée des petits animaux aquatiques libère des ions NH4+. © Peter Southwood, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0

Chez les animaux marins, l'excrétion de l'azote se fait sous la forme d'ions ammonium NH4+. Or si le zooplancton, les crustacés du krill ou les petits poissons sont tous de petite taille, ils sont abondants dans les océans. Après avoir mangé la nuit près de la surface, ils descendent entre 200 et 600 m de profondeur. L'excrétion de ces petits animaux pourrait jouer un rôle non négligeable dans le cycle de l'azote.

L'azote est nécessaire à la production primaire effectuée par le phytoplancton, qui peut par exemple trouver cet atome dans les ions nitrates. Les animaux qui mangent des plantes émettent ensuite des déchets azotés. À un moment du cycle de l'azote, une réaction de dénitrification peut produire du diazote. Dans l'océan, le diazote peut aussi être obtenu par oxydation anaérobie de l'ammonium, aussi appelée « anamnox » (ANaerobic AMMonium OXidation). L'anamnox qui a lieu dans des eaux pauvres en oxygène nécessite une source d'ammonium. Les chercheurs s'interrogeaient sur l'origine de cet ammonium.

Une réponse semble apportée par des résultats parus en ligne dans Pnas. Dans cet article, des chercheurs de l'université McGill à Montréal et des universités de Washington et Princeton ont étudié comment l'excrétion de certains animaux pouvait favoriser l'anamnox. Ils suggèrent que l'excrétion du zooplancton et du micronecton (petits animaux de 1 à 10 cm comme les poissons, mollusques et crustacés ayant une nage active) fournissent une source d'ammonium à ces eaux pauvres en oxygène lors de leurs migrations verticales.

L’ion ammonium comprend un atome d’azote et quatre d’hydrogène. © Wikimedia Commons, DP

Les animaux libèrent l'ammonium dans des zones pauvres en oxygène

Les auteurs ont extrait des données d'études sous-marines pour calculer combien d'animaux migraient et à quelles profondeurs. Grâce à des données acoustiques, ils ont montré que les petits animaux migrateurs passaient la plupart du temps de la journée dans les zones pauvres en oxygène : ils semblent s'arrêter dans ces régions, peut-être pour se protéger de grands prédateurs.

L'ammonium libéré par les animaux à cette profondeur alimenterait en partie l'anamnox et donc la conversion de l'ion ammonium NH4+ en diazote N2. Les autres sources d'ammonium possibles sont celles apportées par la matière organique ou les sédiments, et la réduction des nitrates en ammonium. Daniele Bianchi, la principale auteure de ces travaux, est particulièrement enthousiaste concernant cette découverte : « pour moi, c'est passionnant de penser aux effets du comportement animal sur une large échelle dans l'océan ».

Ces zones de l'océan pauvres en oxygène pourraient s'étendre de plus en plus à cause du changement climatique, car les eaux plus chaudes retiennent moins d'oxygène. La compréhension de ces zones est donc importante pour prédire l'évolution des océans dans l'avenir.