Comment de minuscules phytoplanctons parcourent de longues distances vers le haut dans l'océan

C'est l'une des migrations les plus massives sur Terre : une énorme biomasse de petits planctons qui voyagent des profondeurs de la mer vers la surface. Pourtant, tous ces organismes n'ont pas de membres pour se propulser vers le haut. Alors, comment certains d'entre eux parviennent-ils à entreprendre un voyage aussi long est resté un mystère.

Maintenant, une équipe de chercheurs a montré qu'une espèce de phytoplancton a une solution ingénieuse : elle gonfle jusqu'à six fois sa taille initiale. Le processus réduit sa densité et lui permet de flotter vers le haut comme un ballon d'hélium, rapportent Manu Prakash, bioingénieur, et ses collègues de l'Université de Stanford le 17 octobre dans Current Biology.

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"C'est unique," déclare Andre Visser, océanographe à l'Université Technique du Danemark à Kongens Lyngby. "Ils ont en fait présenté un nouveau moyen où ces cellules peuvent en fait rester à flot ou rester près de la surface."

L'équipe a prélevé des échantillons d'eau à environ 160 kilomètres au large des côtes d'Hawaï, cherchant et observant le comportement de Pyrocystis noctiluca. Ces phytoplanctons unicellulaires longs d'un millimètre, mieux connus pour leur bioluminescence, font un voyage unique de 125 mètres de profondeur à environ 50 mètres, là où il y a plus de lumière solaire dont ils ont besoin pour la photosynthèse. De tels voyages pour le phytoplancton peuvent prendre des jours, contrairement aux petits animaux, ou zooplanctons, qui font généralement le trajet quotidiennement.

En laboratoire, l'équipe a utilisé des microscopes spéciaux pour placer le phytoplancton sur un "tapis roulant hydrodynamique" afin de recréer le mouvement de la cellule voyageant vers le haut de la colonne d'eau. "C'est un peu comme une machine de réalité virtuelle pour cellules individuelles," explique Prakash.

P. noctiluca est plus dense que l'eau de mer et devrait couler. Mais au début de son cycle de vie, il gonfle, réduit sa densité et monte le long de la colonne d'eau, ont découvert les chercheurs. À la fin de son cycle de vie de sept jours, la cellule commence alors à se diviser en deux cellules filles en coulant. Lorsque la division est terminée, les deux nouvelles cellules se gonflent en se remplissant d'eau de mer - gonflant jusqu'à six fois leur taille initiale en environ 10 minutes. Et ainsi le cycle recommence.

Les chercheurs émettent l'hypothèse que la cellule devient moins dense et plus flottante car les protéines aquaporines dans la cellule filtrent le sel dense de l'eau de mer entrante. "De cette manière, vous pouvez avoir beaucoup moins de matériau dense inondant la cellule, ce qui lui permet d'être moins dense que l'eau de mer environnante," explique Adam Larson, bioingénieur à Stanford.

Le calcium dans l'eau de mer pourrait jouer un rôle dans le déclenchement et la possibilité de cette transformation, des expériences utilisant de l'eau de mer avec et sans calcium le suggèrent.

L'inflation n'aide pas seulement le phytoplancton à monter. "Devenir grand a en fait d'énormes conséquences pour d'autres parties de leur vie," note Visser. "Les cellules plus grandes ont tendance à avoir un risque de prédation plus faible. Il y a moins de choses qui peuvent les manger." Cela aide également à l'absorption des nutriments et à la photosynthèse : une plus grande surface permet à la cellule de capturer plus de lumière solaire.