Défis de la vie pélagique Flashcards
Défis et particularités de la vie pélagique
- Rester dans la zone euphotique
- Se procurer du CO2
- Se procurer des nutriments
- Nutrition azotée
Défi 1: rester dans la zone euphotique
Loi de Stokes
La vitesse V de chute (ou sédimentation) des particules sphériques dans un fluide dépend de: Voir diapo 2
g = accélération gravitationnelle D = densité de la particule d = densité du fluide r = rayon de la particule µ = viscosité du fluide
Solution 1 de rester dans la zone euphotique
Diminution de la densité
> Le phytoplancton maintient une densité faible par une haute teneur en protéines, lipides et hydrates de carbone. Ces molécules ont aussi une très grande valeur nutritive (énergie) pour les herbivores.
Mais à haute température ~30°C la densité du cytoplasme devient la même que celle de l’eau
Et plusieurs groupes du phytoplancton ont des parois dures et denses, présumément pour se protéger des consommateurs ou mieux survivre durant les périodes de dormance.
Solution 2 de rester dans la zone euphotique
Régulation métabolique
• Présence de vacuoles chez les diatomées
• Exsudation sélective des ions lourds (cellules vivantes)
• Inclusion de réserves lipidiques
Solution 3 de rester dans la zone euphotique
Avoir une petite taille
r^2 dans la loi de Stokes
Plus la taille est petite plus la vitesse de chute est lente
Solution 4 de rester dans la zone euphotique
Modification de la forme
> Accroissement de la friction = effet parachute
Exemple: Soies chez les diatomées
Autres solutions
- Flagelles locomoteurs
- Lâcher du lest
Défi 2: Acquisition du CO2
• Le CO2 doit diffuser de l’atmosphère vers l’océan pour être disponible (faible solubilité).
• Or, une fois dans l’océan le CO2 ne reste pas sous cette forme. Il n’est donc presque pas directement accessible à l’enzyme qui fixe le CO2 (Rubisco). Ce problème est spécifique au plantes aquatiques.
• La RuBisco n’est pas efficace dans l’océan contemporain car elle a évolué dans un océan riche en CO2, mais pauvre en O2. Aujourd’hui c’est l’inverse. Comme l’enzyme n’est pas
spécifique elle se lie à l’O2.
• Plusieurs groupes de phytoplancton ont recours à des
mécanismes de concentration du CO2, dont l’efficacité est variable.
Évolution, photosynthèse et atmosphère
- Il y a 4 milliards d’année il y avait 10 000 fois plus de CO2 que d’O2 dans l’atmosphère.
- Aujourd’hui il y a 568 fois plus d’O2 que de CO2.
Chimie du carbone inorganique dissous (CID)
CO2 + H2O ↔ H2CO3
H2CO3 ↔ HCO3- + H+
HCO3- ↔ CO3^2- + H+
CO2 → 1%
Bicarbonate → 90%
Carbonate → 9%
Total = CID
Mécanismes de concentration du carbone
CCM
- La majorités des algues et toutes les cyanobactéries étudiées ont des adaptations pour concentrer le bicarbonate.
- L’enzyme anhydrase carbonique(CA) convertit le carbonate en CO2
Puissance relative des CCM eucaryotes en ordre croissant
Coccolithophores > Dinoflagellés > Phaeocystis > Diatomées
Défi 3: Acquisition des éléments nutritifs
Les principaux éléments essentiels
Macro-nutriments principaux (requis en grande quantité, structuraux):
• Azote* (N) Acide aminés, protéines, enzymes
• Phosphore (P) Acides nucléiques, ARN/ADN, lipides
• Silicium (Si) Parois cellulaires (diatomées)
Micro-nutriments (requis en petite quantité, fonctionnels):
•Métaux (fer, cuivre) Protéines, enzymes, pigments
*L’azote est généralement l’élément qui limite la production primaire en milieu marin. L’azote a une grande variété de formes utilisables (cycle complexe) par rapport aux autres macro-nutriments
La composition élémentaire (stœchiométrie)
En moyenne, la composition élémentaire de la matière
particulaire (composée principalement de phytoplancton) suit les rapports de “Redfield”:
C:N:P = 106:16:1
Le «problème» des océans
La majeure partie du réservoir océanique de
nutriments n’est pas disponible
Ø Une grande part du phytoplancton et des déchets organiques coule, entraînant les éléments nutritifs vers le fond.
Ø Globalement, la surface des océans est en déficit nutritif depuis l’apparition de la photosynthèse il y des milliards d’année.
Ø Mais quelques processus physiques permettent aux nutriments de remonter à la surface dans certaines régions et à certains moments.
Ø Les océans sont progressivement devenus un milieu oxydant.
Ø La plus grande part des éléments nutritifs essentiels est aujourd’hui sous forme oxydée et pas « facilement » utilisable.
Acquisition des nutriments
• Région où les apports nutritifs sont relativement faibles et constants:
> Une taille petite ou une forme allongée augmente le rapport surface/volume (S/V), ce qui favorise la nutrition.
> Mobilité ou contrôle de la flottaison: permet d’aller chercher les nutriments en profondeur (e.g. dinophycées)
> Stratégie écologique “K” (e.g., coccolitophoracées)
• Région où les apports nutritifs peuvent être fort mais
épisodiques:
> Une plus grande taille permet d’inclure une vacuole servant à entreposer les nutriments (diatomées).
> Ces nutriments peuvent être mobilisés lorsque l’apport
externe diminue à nouveau. Ils peuvent suffire pour quelques divisions cellulaires.
> Stratégie écologique “r” (e.g., diatomées)
