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En direct des laboratoires

 

24 octobre 2018 - INSB

Et si Tara révélait l’histoire évolutive du plancton océanique ?

 

Tandis que le 27 Octobre la goélette Tara sera de retour à Lorient après deux ans et demi en mer à étudier les récifs coralliens du Pacifique, une nouvelle étude montre comment les données collectées lors de telles expéditions permettent de mieux comprendre l’histoire évolutive du plancton océanique. Ces travaux, publiés dans Nature Ecology and Evolution, combinent les données génétiques de TARA Oceans avec des approches phylogénétiques comparatives de pointe pour étudier les dynamiques de diversification des diatomées. 

 

On a souvent comparé les expéditions de la goélette Tara au voyage de Charles Darwin à bord du Beagle qui a inspiré la théorie de l’évolution ainsi que l’un des premiers dessins d’arbre du vivant "moderne". Mais si les pinsons de Darwin font maintenant partie d’une seule entité phylogénétique décrivant les liens évolutifs entre les ~10,000 espèces d’oiseaux actuels, certaines parties de l’arbre du vivant restent peu documentées, comme celles du plancton océanique. Ceci limite considérablement notre connaissance de l’histoire évolutive de groupes écologiquement très importants, comme les diatomées. Mais les expéditions Tara commencent à permettre de combler ces lacunes.   


Les diatomées sont des microalgues particulièrement diverses et abondantes qui jouent un rôle majeur dans les écosystèmes marins et les cycles biogéochimiques. Les chercheurs ont utilisé les données génétiques de l’expédition Tara Océans pour construire l’arbre des diatomées le plus complet à ce jour. Ils ont ensuite appliqué à cet arbre des approches phylogénétiques comparatives innovantes, développées récemment. De telles approches sont normalement appliquées à des groupes mieux connus, typiquement des macroorganismes tels que mammifères, oiseaux et plantes. Ainsi, l’histoire évolutive des diatomées était principalement connue par le biais de leur registre fossile.


En étudiant les dynamiques de diversification de microorganimes (ici, des microalgues) par l’approche phylogénétique, les chercheurs ont identifié une explosion de la diversification des diatomées il y a environ 40 million d’années, moment qui coïncide avec une transition climatique majeure et l’ouverture du détroit de Drake au sud de l'Amérique. Ils ne détectent par contre pas d’extinction massive suite à l’impact du météorite qui a décimé les dinosaures environ 65 millions d’année plus tôt.  


Les données paléo-environnementales permettent de suivre, au cours des temps géologiques, des variables telles que la température, la concentration en dioxide de carbone, le niveau des mers ou encore la diversité d’organismes interagissant avec les diatomées (e.g. les radiolaires) . Les chercheurs ont testé l’effet de tels changements environnementaux sur les vitesses de diversification et  ont ainsi montré que les diatomées ont été influencées par différents facteurs.  Par exemple, certains groupes ont été particulièrement affectés par les changements de température tandis que d'autres l'ont été par les changements de niveau des mers.  Pour ces derniers, on peut, de plus, distinguer les groupes dans lesquels la vitesse de  diversification était  plus rapide pendant les périodes où le niveau des mers était bas de ceux où c'était l'inverse.


Ces résultats mettent l’accent sur l’écologie de chacun des groupes, et donc sur l’importance d’une approche phylogénétique de ces questions, là où les fossiles ne permettent d'appréhender que la diversité des diatomées dans leur ensemble. Ils suggèrent aussi que les changements environnementaux actuels pourraient avoir des effets sur les groupes de diatomées.  Mais les diatomées ne sont que l’un des nombreux groupes (eucaryotes et procaryotes) qui peuplent les océans et régulent nos climats. Les expéditions Tara apportent des informations précieuses pour étudier l’histoire évolutive de ce plancton océanique, encore bien mal connue.

 

Figure : Diversification des diatomées. Arbre phylogénétique des diatomées construit à partir des données TARA et de séquences références. Cet arbre récapitule les séquences de divergence des clades majeures de diatomées. De haut en bas, diatomées: à symétrie radiale, à symétrie polaire, pennée raphide, pennée araphide. Les courbes colorées montrent l’accumulation des lignées de diatomées au cours du temps, pour quatre versions différentes de l’arbre. La couleur verte représente la période pré-glaciaire, et la couleur bleue la période glaciaire. Différents événements géologiques majeurs sont indiqués. © E. Lewitus

 

 

Référence :

Clade-specific diversification dynamics of marine diatoms since the Jurassic. Lewitus, E., Bittner, L., Malviya, S., Bowler, C., Morlon, H. Nature Ecology & Evolution2, 1715-1723 (2018)
https://doi.org/10.1038/s41559-018-0691-3

 


Contacts chercheurs

Hélène MORLON - Institut de biologie de l'Ecole Normale Supérieure - IBENS (CNRS/ENS Paris/Inserm) wolfgang.cramer@imbe.fr


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