Texte extrait de :
INSU, 30 ans de recherches en sciences de l'Univers, 1967 - 1997

Dans l’océan, la majorité de la photosynthèse est assurée par des algues et des bactéries unicellulaires microscopiques, le phytoplancton. Alors que, dans les régions côtières, cette flore est composée d’espèces facilement observables au microscope et donc relativement bien connues depuis plus d’un siècle.

On pensait jusqu’à la fin des années 70 que les zones centrales des océans dépourvues de sels nutritifs (dites oligotrophes) étaient très pauvres en phytoplancton. Récemment, l’utilisation de techniques d’observation beaucoup plus performantes ont donné une nouvelle image de ces zones. Ainsi, la microscopie à épifluorescence a révélé l’existence de cyanobactéries unicellulaires de 1 à 2 mm du genre Synechococcus. Le fractionnement de la biomasse à travers des filtres de faible porosité a démontré qu’en milieu oligotrophe une grande partie de la production est due à des organismes de taille inférieure à 2 mm.

L’analyse des pigments photosynthétiques par Hplc (High Precision Liquid Chromatography) a prouvé que cette biomasse de petite taille était en fait très diversifiée. Enfin plus récemment, la cytométrie en flux a révélé l’existence d’espèces telles que le procaryote Prochlorococcus marinus, 0,6 microns, probablement l’organisme photosynthétique le plus abondant de la planète, découvert en 1988 par Penny Chisholm du M.I.T. et Rob Olson de l’Institution Océanographique de Woods Hole ou l’eucaryote Ostreococcus thauri, 0,8 microns, le plus petit eucaryote connu à ce jour, découvert par C. Courties en 1994 dans l’étang de Thau près de Montpellier. Ces organismes de très petite taille forment ce qu’on appelle le picoplancton. Le picoplancton joue un rôle considérable dans toutes les régions océaniques centrales telles que le tourbillon Nord Pacifique ou la Mer des Sargasses, mais aussi dans des régions plus riches telles que la zone équatoriale ou même dans des zones carrément eutrophes telles que les lagunes côtières du Sud de la France.

Il faut d’abord caractériser ces organismes, dont la plupart sont totalement inconnus. Par exemple, il n’est pas rare qu’il faille créer une nouvelle classe algale pour accommoder un organisme récemment isolé. Une fois cette étape franchie, on peut procéder à l’étude de la répartition des différentes populations du picoplancton (Prochlorococcus, Synechococcus et eucaryotes) dans l’océan mondial. Ces populations varient avec la profondeur (par exemple Synechococcus est absent en dessous de 100 m, profondeur à partir de laquelle les eucaryotes deviennent importants), le degré d’oligotrophie des eaux (ainsi Synechococcus devient plus important en zone mésotrophe alors que Prochlorococcus domine en zone oligotrophe), mais aussi avec la saison, même dans les zones tropicales (par exemple au large d’Hawaii), ou avec les grands événements climatiques tels qu’El Niño.
Une autre question fondamentale concerne la vitesse à laquelle se multiplie le picoplancton. Il y a une vingtaine d’année, on considérait les régions centrales des océans comme des déserts et on pensait que le taux de renouvellement des populations était très faible, de l’ordre de la semaine ou du mois. En fait, la mesure du taux de croissance en milieu océanique est très difficile. La biomasse reste pratiquement inchangée d’un jour à l’autre et les cellules sont ingérées par de minuscules prédateurs (le microzooplancton) au fur et à mesure qu’elles se divisent. Pour venir à bout de ce problème, tout un arsenal de techniques a été développé, allant de l’élimination des prédateurs par dilution, au tri des cellules marquées au 14C par cytométrie en flux, en passant par l’étude du cycle cellulaire. Elles ont révélé qu’on avait en fait affaire à un système extrêmement dynamique, la plupart des populations autotrophes se divisant une fois par jour avec une parfaite synchronie réglée sur le cycle solaire. Enfin, un important champ d’investigation concerne la physiologie de ces organismes. En effet, que ce soit au niveau de la photosynthèse ou de l’acquisition des sels nutritifs, ils présentent des adaptations extrêmes, par exemple, Prochlorococcus se rencontre couramment entre la surface et 130 m de profondeur en milieu oligotrophe, zone dans laquelle la lumière disponible varie par un facteur 1000. Cet organisme s’adapte en particulier grâce à une très grande plasticité du rapport de ses deux pigments majeurs (chlorophylles b et a), le spectre d’absorption de la première étant bien mieux adapté pour collecter les longueurs d’onde (bleu) pénétrant en profondeur.
De nombreuses questions subsistent. En particulier, il nous faut mieux comprendre la structure de ce qu’on appelle la boucle microbienne, un écosystème à l’échelle du micron articulé autour des bactéries, du picoplancton photosynthétique et du microzooplancton, qui domine les zones océaniques oligotrophes. A quoi est due son étonnante stabilité ? Une autre question concerne le rôle des ces organismes dans les flux globaux. Nous savons qu’ils forment l’essentiel de la biomasse dans les zones centrales des océans, mais aussi qu’ils recyclent de manière très efficace les éléments nutritifs et exportent très peu. Des phénomènes beaucoup plus épisodiques tels que, par exemple, les blooms de la cyanobactérie fixatrice d’azote Trichodesmium jouent-ils un rôle crucial dans les flux globaux ? Pour s’attaquer à ces problèmes, l’océanographe biologiste doit utiliser tout un arsenal d’outils allant du satellite au microscope électronique. Parmi ces techniques, la biologie moléculaire est une arme de choix qui devrait se développer considérablement dans la prochaine décennie, car elle seule permet de vraiment caractériser ces organismes si petits et de comprendre leurs étonnantes capacités physiologiques.