Influence de la structure des communautés planctoniques sur la variabilité temporelle et spatiale de la production marine du diméthylsulfure (DMS)

• Main Author: Lizotte, Martine
• Other Authors: Levasseur, Maurice
• Format: Others
• Language: FR
• Published: Université Laval 2010
• Subjects: Biologie
• Online Access: http://www.theses.ulaval.ca/2010/27136/27136.pdf

Le diméthylsulfure (DMS) est un gaz soufré qui exerce un effet refroidissant sur le climat en dispersant les radiations solaires et en contribuant à la formation de nuages dans l’atmosphère. Le DMS provient de la dégradation du diméthylsulfoniopropionate (DMSP), un composé synthétisé par plusieurs espèces de phytoplancton dans les océans. Une part de la production océanique de DMS résulte de la conversion directe du DMSP en DMS par certaines espèces de phytoplancton alors qu’une autre part provient d’une voie de transformation indirecte, via la libération du DMSP phytoplanctonique dans le milieu ambiant puis sa conversion en DMS par le bactérioplancton. En moyenne, près de 10 % du DMSP consommé par le bactérioplancton est converti en DMS, le reste étant assimilé. Quoique la répartition mondiale du DMS océanique soit relativement bien établie, les mécanismes qui régissent la production du DMS par le plancton marin sont complexes et demeurent méconnus. Dans cette thèse, les variations journalières et saisonnières de la production biologique de DMS et des facteurs environnementaux qui la régulent ont été étudiées en relation avec le développement des floraisons phytoplanctoniques dans plusieurs provinces biogéochimiques de l’Atlantique nord-ouest (NO) et du Pacifique NO. Une première étude saisonnière dans l’Atlantique NO révèle une nette distinction entre les facteurs qui influencent la répartition du DMS et de son précurseur le DMSP. Les concentrations de DMSP particulaire (DMSPp) sont fortement corrélées à l’abondance de groupes phytoplanctoniques à forte teneur en DMSPp tels que les dinoflagellés et les prymnésiophycés. La dynamique microbienne du DMSP dissous (DMSPd), c’est-à-dire sa consommation et sa conversion en DMS par les bactéries, est quant à elle affectée par la disponibilité du substrat. À cet égard, la contribution relative du bactérioplancton à la production biologique nette de DMS varie fortement au cours des saisons, de 4 à 100 % selon les stations étudiées. Toutefois, à plusieurs stations, et particulièrement aux stations exhibant de forts taux de production de DMS, une part importante (jusqu’à 96 %) de la production de DMS résulte de processus qui ne sont pas reliés aux bactéries. Cela suggère que la contribution relative du phytoplancton à la production directe de DMS est élevée à ces stations. De plus, nos résultats suggèrent qu’aux échelles latitudinale et saisonnière étudiées, les concentrations de DMS dans la couche de mélange de surface (CMS) sont fortement corrélées à des forçages environnementaux, et plus particulièrement aux doses de radiations solaires atteignant le réseau planctonique. Une deuxième étude ciblée sur le devenir du DMSP lors du déclin de la floraison printanière de diatomées dans l’Atlantique NO montre qu’en dépit de l’importante biomasse phytoplanctonique, les taux de production de DMS dans la CMS peuvent demeurer relativement faibles au cours de cette période, le DMSP étant principalement utilisé en tant que source de soufre par le bactérioplancton en croissance. Une troisième étude ciblée sur le devenir du DMSP lors d’une floraison induite par l’ajout de fer dans le Pacifique NO a révélé que l’addition de fer dans cette région peut mener à une diminution de la conversion bactérienne du DMSPd en DMS dans la CMS. Au cours de la floraison induite par le fer, l’augmentation des besoins en soufre du bactérioplancton a conduit à une augmentation de l’assimilation du DMSPd par les bactéries. Ce résultat suggère que l’ajout de fer dans les eaux de surface du Pacifique NO peut mener à une diminution de la production marine de DMS et de sa ventilation vers l’atmosphère. L’ensemble des résultats présentés met en évidence l’importance du couplage entre la structure et la dynamique de la communauté planctonique, la production et la composition de la matière organique dissoute, qui inclut le DMSPd, et les forçages environnementaux dans le cycle du DMS à différentes échelles temporelles. === Dimethylsulfide (DMS) is a sulfur-containing gas that exerts a cooling effect on climate by dispersing solar radiation and contributing to cloud formation in the atmosphere. DMS stems from the degradation of dimethylsulfoniopropionate (DMSP), a compound synthesized by many phytoplankton species in the oceans. A fraction of the oceanic production of DMS results from the direct conversion of DMSP into DMS by certain phytoplankton species and another fraction results from an indirect transformation pathway, via the release of phytoplanktonic DMSP into the water column and its conversion into DMS by the bacterial community. On average, close to 10 % of the DMSP consumed by bacteria is converted into DMS, the rest being assimilated. While the global distribution of oceanic DMS is relatively well established, significant gaps still remain in our understanding of the mechanisms that regulate its production within the marine food web. In this study, the daily and seasonal variations of the production of DMS and the environmental factors that participate in its regulation have been studied in relation to the development of phytoplankton blooms in many biogeochemical provinces of the northwest (NW) Atlantic and the NW Pacific Ocean. A first seasonal study in the NW Atlantic reveals a striking difference in the factors that influence the distribution of DMS and its precursor DMSP. Concentrations of particulate DMSP (DMSPp) are highly correlated with the abundance of DMSPp-rich phytoplankton groups such as dinoflagellates and prymnesiophytes. The microbial dynamics of dissolved DMSP (DMSPd), that is its consumption and conversion into DMS by bacteria, are affected by the availability of the substrate. Furthermore, the relative contribution of bacteria to total net DMS production varies greatly among seasons, from 4 to 100 % at different stations. However, at many stations and particularly at those exhibiting high production rates of DMS, a large fraction (as much as 96 %) of the production of DMS results from non-bacterial processes. This suggests that the relative contribution of phytoplankton to the direct conversion of DMSP into DMS is high at these stations. Finally, results from this study suggest that on the latitudinal and seasonal scales considered, concentrations of DMS are highly correlated with environmental forcings, and particularly with doses of solar radiation reaching the planktonic food web. A second study specifically aimed at investigating the fate of DMSP during the decline of the spring diatom bloom in the NW Atlantic shows that despite the important phytoplankton biomass, production rates of DMS remained relatively low during the decline of the phytoplankton bloom in the SML because DMSP was principally utilized as a source of sulfur by the developing bacterial community. A third study focused on the fate of DMSP during an iron-induced bloom in the NW Pacific reveals that the addition of iron in this region resulted in a reduction of the bacterial conversion of DMSPd into DMS within the SML. During the iron-induced bloom, the increase in sulfur demand by the bacterial community lead to an increase in the proportion of consumed DMSPd being assimilated as a sulfur source. This result suggests that the addition of iron in the NW Pacific may diminish the oceanic production of DMS and its ventilation to the atmosphere. Overall, the results presented shed light on the importance of the coupling between the structure and dynamics of the plankton community, the production and composition of dissolved organic matter, which includes DMSPd, and environmental forcing in the cycling of DMS at different temporal scales.