L’océan est dominé par des communautés de planctons (1) qui sont essentielles au maintien de la vie sur Terre. En produisant de l’énergie et de la matière organique par photosynthèse, elles généreraient autant d’oxygène et absorberaient autant de gaz carbonique que les arbres des forêts. Le plancton est également à la base de la chaîne alimentaire maritime et donc indirectement terrestre.
Au cœur de la pompe à carbone biologique
Son impact est essentiel car il pilote les cycles biogéochimiques de notre planète, c’est-à-dire les processus de transport et de transformation d’un élément chimique (le carbone par exemple) entre les grands réservoirs de notre planète : la terre (géosphère), l’air (atmosphère) et les océans (hydrosphère).
Le plancton apparaît donc au cœur de la pompe à carbone biologique. Son activité détermine si le dioxyde de carbone dissous est assimilé à la biomasse (séquestrée dans les profondeurs lorsque le plancton meurt), recyclé dans les eaux de surface ou rejeté dans l’atmosphère. Or, ce plancton est sensible aux infections virales…
LA MORT MASSIVE DE CELLULES AGRÈGE UNE “NEIGE” COMPOSÉE DE CARBONE, QUI VA TOMBER au fond de l’océan. Chris Bowler, biologiste
Dans le monde de la microbiologie marine, les virus à ADN sont de plus en plus connus. Ils influencent les micro-organismes marins et donc leurs cycles biogéochimiques associés. Mais d’autres virus marins, à ARN cette fois-ci (le Sars-CoV-2 est, par exemple, un virus à ARN) sont bien moins connus alors qu’ils sont pourtant abondants dans l’océan.
Une cellule vivante reste en surface
« Nous ne savons pas grand-chose sur ces virus que nous appelons “matière noire” de l’océan. Leur diversité et leur rôle dans les écosystèmes marins sont une grande inconnue », explique Chris Bowler, chef du laboratoire de génomique des algues et des plantes à l’École normale supérieure de Paris. Avec des collègues du monde entier, il a participé à une étude publiée récemment dans la revue « Science » (2), qui vise à caractériser les premiers virus à ARN marins.
Pour cela, les chercheurs ont utilisé des prélèvements réalisés par l’expédition Tara Océan entre 2009 et 2013. Pourquoi dix ans après ? « Caractériser les virus à ARN est beaucoup plus complexe que caractériser ceux à ADN. Ce sont nos collègues aux États-Unis qui ont développé des méthodes pour faire cela. Ils ont mis au point des protocoles pour les étudier », poursuit Chris Bowler. Si bien que, dans leur publication, 5 500 virus à ARN différents sont caractérisés. En infectant des organismes photosynthétiques, les virus impactent le cycle de carbone.
C’est à travers ce cycle que le transfert de carbone va se faire depuis l’atmosphère vers le fond des océans. Une cellule vivante reste en surface. Quand « le virus tue la cellule hôte, elle explose et le carbone capté lors de la photosynthèse est relâché dans l’environnement. Cette mort massive de cellules peut provoquer une agrégation de matière organique, composée de carbone, et générer ce que l’on appelle de la “neige marine” qui va tomber vers le fond de l’océan », précise le chercheur.
C’est entre autres comme cela que les virus à ARN jouent sur le cycle du carbone et donc sur le changement climatique. Mais c’est une donnée encore trop peu connue que la publication vient compléter. Ces caractérisations fournissent une feuille de route pour l’étude des virus à ARN dans la nature et leur rôle dans l’évolution de la vie sur Terre (lire «le point de vue » ci-dessous).
(1) Le terme de plancton désigne l’ensemble des organismes qui se laissent entraîner par les courants.
(2) « Diversity and ecological footprint of global ocean RNA viruses », « Science », 2022.
Le point de vue
« Les virus à ARN marins sont nouveaux pour la science »
Chris Bowler, biologiste, directeur de recherche au CNRS et à l’ENS, Chef du laboratoire génomique des algues et des plantes.
Comment se comportent ces virus à ARN ?
Ils sont proches des virus à ADN. Seul le patrimoine génétique change. En termes d’infectiosité, le cycle est très similaire. Ils ne sont pas plus « méchants » que les virus à ADN. Chez l’homme, le VIH, la grippe ou le Sars-CoV-2 sont des virus à ARN. Ils « aiment » les humains. Il n’y a pas de distinction, pas de partialité dans les interactions avec les hôtes.
Existe-t-il un lien direct entre les virus et le CO2 ?
Non, le lien est indirect en positif ou négatif. En infectant les organismes impliqués dans la photosynthèse, en tuant les cellules et en provoquant la « neige marine », le carbone peut être transporté au fond des océans.
Si l’organisme infecté est gros, la contribution au transport du carbone vers le fond de l’océan sera potentiellement plus importante car les organismes sont plus lourds et vont couler. Ainsi, les diatomées (microalgues) sont 1 000 fois plus grosses que les bactéries. Donc un virus qui infecte une bactérie ou une diatomée va avoir des impacts très différents car la quantité de carbone relâchée est différente.
Mais, de la même façon, en tuant les cellules, il y en a moins pour la photosynthèse et donc le carbone est moins absorbé, c’est l’aspect négatif. Même si les virus ne font pas de la photosynthèse, même si les virus ne sont pas vivants, ils ont la possibilité d’impacter le cycle du carbone et donc le changement climatique.
Tous les organismes ne sont pas infectés de manière identique ?
Nous manquons de modèles hôtes/pathogènes pour étudier les infections en laboratoire. Nous avons décrit 5 500 types de virus ARN, mais on ne sait pas bien qui infecte qui ? Algues, zooplancton, poissons ? Il nous reste à mettre au point les techniques pour mieux comprendre ces interactions. On pourrait cultiver des diatomées, trouver les virus qui les infectent, les caractériser et mieux connaître les processus.
Par ailleurs, la grande majorité des virus à ARN marins sont nouveaux pour la science. Ils représentent probablement des lignées très anciennes, ils sont différents des virus ARN « classiques » que l’on connaît. On voit toute l’évolution de la vie sur Terre à travers l’étude de ces virus.