Rôle du fer dans le contrôle de la fixation d'azote atmosphérique dans l'océan Pacifique tropical sud-ouest

Role of iron in controlling atmospheric dinitrogen fixation in the western tropical South Pacific Ocean

• Auteur / Autrice : Caroline Lory
• Direction : Sophie Bonnet, Cécile Guieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie
• Date : Soutenance le 21/06/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de l'environnement (Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut méditerranéen d'océanologie (Marseille ; Toulon ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : France Van Wambeke
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Cassar, Céline Ridame
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ilana Berman-Frank, Stéphane Blain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cycles biogéochimiques

Biodisponibilité

Ligands

Fer

Bactéries fixatrices d'azote

Mots clés libres

Fixation d’azote atmosphérique

Diazotrophes

Fer

Facteurs de contrôle

Assimilation

Ligands

Biodisponibilité

Cycles biogéochimiques

N2 fixation

Diazotrophs

Iron

Control factors

Uptake

Ligands

Bioavailability

Biogeochemical cycles

Résumé

Ce travail de thèse porte sur les interactions entre les diazotrophes et le Fe dans l’océan Pacifique tropical Sud-ouest (WTSP), un hot spot de fixation de N2. Les objectifs étaient 1) d’identifier les principaux facteurs environnementaux qui structurent l’activité et la distribution biogéographique des diazotrophes, 2) de quantifier in situ leur demande en Fe et de la comparer avec celle au reste de la communauté microbienne, 3) d’évaluer la biodisponibilité du Fe complexé à des substances polymériques extracellulaires (EPS) produites par une diazotrophe (Crocosphaera). Il a été mis en évidence que les taux de fixation de N2 mesurés lors de la mission TONGA sont élevés, particulièrement au niveau de l’arc volcanique des Tonga, et que le Fe est le paramètre principal qui structure l’activité des diazotrophes entre le gyre Pacifique Sud et le WTSP. Par une nouvelle approche ‘group specific’ combinant de mesures in situ d’assimilation du 55Fe et sur le tri cellulaire par cytométrie en flux, nous avons montré que la contribution des diazotrophes à l'assimilation biologique totale du Fe est significative (~30%), bien que ces organismes soient minoritaires, mais inférieure à celle du picoplancton (53 %, fraction 0.2-2μm). Les taux d’assimilation du Fe et les quotas qui en résultent sont plus élevés pour Trichodesmium que pour Crocosphaera, ce qui se traduit par une distribution biogéographique distincte de ces deux phylotypes dans le WTSP. Enfin, nous montrons que les EPS produits par Crocosphaera sont des ligands faibles du Fe, hautement biodisponible. Produit en grandes quantités, ils pourraient contribuer au succès écologique de Crocosphaera dans les eaux pauvres en Fe.

This thesis work focuses on the interactions between diazotrophs and Fe in the Western Tropical South Pacific ocean (WTSP), a hot spot of N2 fixation. The objectives were 1) to identify the main environmental factors that structure the activity and biogeographic distribution of diazotrophs, 2) to quantify in situ their demand for Fe and to compare it with that of the rest of the microbial community, 3) to evaluate the bioavailability of Fe complexed to extracellular polymeric substances (EPS) produced by a diazotroph (Crocosphaera). It has been shown that the N2 fixation rates measured during the TONGA mission are high, especially at the Tonga volcanic arc, and that Fe is the main parameter that structures the activity of diazotrophs between the South Pacific gyre and the WTSP. Using a new 'group specific' approach combining in situ measurements of 55Fe uptake and cell sorting by flow cytometry, we showed that the contribution of diazotrophs to total biological Fe uptake is significant (~30%), although these organisms are not the most abundant, but lower than that of picoplankton (53%, fraction 0.2-2μm). Fe uptake rates and resulting quotas are higher for Trichodesmium than for Crocosphaera, leading to a singular biogeographic distribution of these two phylotypes in the WTSP. Finally, we show that EPS produced by Crocosphaera are weak ligands and supply highly bioavailable Fe. Produced in large quantities, they could contribute to the ecological success of Crocosphaera in Fe-poor waters and provide an additional facet of Crocosphaera's critical role in biogeochemical cycles.