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Les microbialithes, témoins des changements environnementaux et climatiques ?

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En raison de l'extrême variété de leur métabolisme et de leur exceptionnel pouvoir d'adaptation, les communautés microbiennes sont présentes dans tous les milieux, depuis les domaines océaniques profonds jusqu'aux calottes polaires en passant par les sources thermales, les lacs, les rivières, les déserts et les réseaux karstiques. Lorsque les conditions sont favorables à leur prolifération, ces communautés microbiennes peuvent contribuer à la formation, dans les océans ou à la surface de la terre, de véritables édifices comme les microbialithes.

Coraux (blanc) dans des niveaux de microbialithes (grisâtres) dans un fragment de carotte prélevée sur le récif barrière de Tahiti. Crédit : IRD

Les microbialithes sont des structures organo-sédimentaires qui résultent de l`interaction entre l`activité d'organismes procaryotes (bactéries, cyanobactéries) et/ou eucaryotes (algues et champignons notamment), les processus sédimentaires et les paramètres physico-chimiques de l`environnement. Leur morphologie dans le milieu marin est extrêmement diversifiée : tapis, voile, dôme, pompon, touffe, masse visqueuse, etc. La prolifération de microbialithes dans les environnements récifaux actuels, soumis ou non aux activités de l'homme, semble très récente (au cours de ces deux dernières décennies).

Elle coïncide généralement avec un dépérissement des communautés de coraux observé dans la plupart des régions de la planète. Ce phénomène inspire l'inquiétude, en particulier du fait de la vitesse de croissance très rapide de ces structures microbiennes et de la toxicité potentielle de certaines espèces de cyanobactéries. De tels changements pourraient puiser leur origine dans une modification récente des conditions environnementales et climatiques (régionales ou locales), d'origine naturelle ou due aux activités de l'homme. Les scientifiques s'interrogent donc sur la valeur à attacher à ces structures microbiennes en tant que " marqueurs " de perturbations environnementales et climatiques.

Dans le cadre du Programme National Environnement Côtier, deux unités de recherche de l'IRD (UR 55 " Paléotropiques " et UR 103 " Camelia ") étudient, en collaboration avec le Biological Science Center de l'Université de Boston (USA), l'Institut Max Planck de microbiologie marine de Brême (Allemagne) et le Département de Microbiologie de l'Université d'Arizona (USA), les microbialithes qui se développent dans les lagons, sur les platiers et sur les pentes externes des récifs de Nouvelle-Calédonie et de Polynésie française.

Leur premier objectif est de déterminer l'identité et la diversité des communautés microbiennes impliquées dans leur croissance et d'établir les causes environnementales de leur prolifération. Un autre enjeu majeur est d'évaluer l'importance du phénomène 'microbialithe' dans les cycles biogéochimiques des systèmes récifaux récents. En effet, les communautés microbiennes participent activement aux cycles de la matière et des éléments (notamment dans les cycles de l'azote et du carbone), mais leur rôle a souvent été sous-estimé, en particulier dans les systèmes récifaux.

Dans les récifs de Nouvelle-Calédonie, les chercheurs ont caractérisé, par observations microscopiques et des méthodes de biologie moléculaire, 24 genres et plus de 60 espèces de cyanobactéries, principalement filamenteuses et, dans une moindre mesure, coccoïdes (formes sphériques libres). Elles forment des structures à la morphologie et à la couleur variables - dômes hémisphériques (de un à dix centimètres), mattes, recouvrements filamenteux, masses filamenteuses et/ou gélatineuses - qui se développent sur des sédiments ou directement sur les associations d'algues et de coraux morts ou vivants. Dans certains cas, ces structures se trouvent en compétition pour la lumière et les sels nutritifs avec les coraux ; et, d'après les premières observations, il semble que la croissance des microbialithes sur les coraux vivants puisse provoquer la dégénérescence irréversible de ces derniers. Les chercheurs ont en effet constaté que le développement des microbialithes s'accompagnait d'une nécrose des colonies coralliennes.

La nature, la densité et la distribution de ces différents types de structures microbiennes sont variables au cours de l'année. Le développement des microbialithes, sensibles aux variations saisonnières des paramètres physico-chimiques de l'environnement, est ainsi plus important durant la saison chaude et humide.

Dans les systèmes récifaux étudiés en Nouvelle-Calédonie et en Polynésie française, une augmentation de la température des eaux de surface joue un rôle de catalyseur pour leur croissance. La prolifération des microbialithes semble également correspondre à des réponses très rapides des communautés microbiennes à des variations, même faibles, des teneurs en nutriments du milieu récifal, les nitrates essentiellement. Ces études menées dans le Pacifique démontrent que les microbialithes peuvent être considérées comme des marqueurs de perturbations environnementales et que leur prolifération coïncide avec des périodes de stress affectant les communautés récifales. Au-delà de la variabilité saisonnière observée, l'importance des microbialithes dans les récifs coralliens étudiés a sensiblement augmenté au cours des dernières années, rendant ainsi impérieuse la mise en place de réseaux de surveillance.

NB :

  • L'UR 55 " Paléotropiques " conduit des études sur les variations passées et récentes du climat à travers l'analyse de sédiments lacustres, lagunaires et marins, de séquences coralliennes, de coquilles littorales et de spéléothèmes. L'UR 103 " Camélia " étudie les mécanismes actuels de transport et de transformation des apports d'origine terrigène et anthropique (dont les métaux) responsables de l'hypersédimentation et de l'eutrophisation dans les écosystèmes lagonaires.
  • Les microbialithes sont connues depuis près de 3,5 milliards d'années à la surface de notre planète et ont probablement joué un rôle majeur dans la formation de l'atmosphère telle que nous la connaissons de nos jours.

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