Bilan scientifique de Tara Oceans : Année 2, le plein de trésors scientifiques

© Sibylle d'Orgeval / Tara Expeditions

Communiqué de Presse diffusé suite à la conférence de presse du 9 novembre 2011 au CNRS.

L’expédition Tara Oceans navigue sur tous les océans, de la mer Méditerranée à l’océan Atlantique en passant par les océans Indien, Antarctique et Pacifique. Co-dirigée par Eric Karsenti (chercheur CNRS, détaché à l’EMBL) et Etienne Bourgois (président du Fonds Tara), elle étudie les écosystèmes marins planctoniques ainsi que certains écosystèmes coralliens méconnus jusqu’à présent. Le plancton, qui représente 80% des organismes unicellulaires sur Terre, joue un rôle essentiel dans la vie de la planète.

Depuis son départ de Lorient le 5 septembre 2009, la goélette Tara a réalisé 133 stations scientifiques pour récolter des échantillons destinés à être analysés en laboratoire. Au cours de cette seconde année de périple, depuis Le Cap (Afrique du Sud) jusqu’à San Diego (Etats-Unis), les scientifiques se sont intéressés à des régions particulières, certaines pauvres en oxygène ou en vie planctonique, d’autres caractérisées par une eau acide ou des courants circulaires. Selon les premières analyses menées sur une trentaine de stations, elles mettent en évidence que 60 à 80 % des gènes caractérisant le plancton nous étaient jusqu’à maintenant inconnus. Grâce à cette expédition sans précédent, fortement soutenue par le CNRS, l’EMBL et le CEA, et impliquant en France des équipes notamment du CNRS, du CEA et de l’UPMC, les scientifiques espèrent mieux comprendre le fonctionnement et la diversité de la vie marine, ainsi que sa réponse face aux changements climatiques.

Tara Oceans est également une expédition qui va à la rencontre des populations des pays traversés et une formidable aventure humaine impliquant plusieurs centaines de personnes à bord et à terre.

Tara Oceans : pour comprendre et prédire l’organisation spatio-temporelle des espèces planctoniques

La distribution des micro-organismes planctoniques ne se fait pas de façon aléatoire dans les océans. Elle est en partie déterminée par l’environnement, la latitude et les courants. Tara Oceans recueille des données permettant de caractériser ces espèces, leurs interactions et leurs génomes et de nourrir des modèles prédisant leur organisation en écosystèmes et la répartition géographique de ces écosystèmes. Ces modèles contribueront à mieux prédire comment la vie marine va évoluer en fonction des changements climatiques mais aussi à mieux connaître le cycle du carbone dans les océans et donc la régulation globale du climat terrestre.

Quelques temps forts de l’expédition

1 – La quantification semi-automatique des organismes unicellulaires (diatomées, coccolithophores)

Apres deux ans d’expédition, beaucoup de données océanographiques, morphologiques et génomiques ont été accumulées sur ces organismes. A noter : le changement spectaculaire de la diversité des algues photosynthétiques entre les océans Atlantique Sud, Antarctique, et Pacifique Sud. Mais, ce n’est pas le cas pour tous les organismes. Par exemple, il semble que la nature des phages (des virus infectant les bactéries) ne varie pas énormément, au moins au niveau morphologique, d’une région océanique à l’autre. En revanche, comme pour presque tous les organismes marins, les scientifiques ont repéré que 5 % des gènes phagiques analysés sur plus de 30 stations n’étaient pas connus jusqu’à présent.

2 – La fécondation de l’océan Atlantique Sud par l’océan Indien, ou les cyclones d’Agulhas (juillet 2010-septembre/octobre 2010)

Au cours de la traversée de l’Atlantique Sud, les chercheurs ont étudié les «  Agulhas rings » : ces cercles de courants se forment dans le canal du Mozambique (côte Est de l’Afrique) et « descendent » vers les eaux froides du cap de Bonne Espérance, entrainant un grand nombre de microorganismes vivants.  En rencontrant le courant circumpolaire, situé au large de l’Antarctique, ces eaux tropicales forment de grands tourbillons de plusieurs centaines de kms de diamètre et d’une profondeur atteignant près de 4 000 mètres. Puis, ils traversent l’Atlantique jusqu’à Rio de Janeiro, transportant les espèces de l’océan Indien avec eux. Ce système est un élément majeur de la régulation climatique de la Terre et joue un rôle primordial dans la biodiversité océanique en Atlantique. Comme prévu, Tara Oceans a échantillonné avec succès l’océan Indien du Sud, puis l’Atlantique Sud. Les échantillons sont en cours d’analyse en imagerie et en génomique. C’est la première fois que la biologie des cyclones d’Agulhas est réalisée, de la physique à la génomique. Les précédentes expéditions s’étaient surtout intéressées à l’aspect physico-chimique (salinité, taille de ces anneaux, etc).

3 – La fécondation de l’océan Pacifique par les îles Marquises (juillet 2011)

L’océan Pacifique situé à l’Est des Marquises est une région très pauvre en vie planctonique. En revanche, du fer, beaucoup d’azote et de matière organique sont relâchés par les îles. Tara Oceans a effectué une caractérisation et un échantillonnage spectaculaire de cette région en utilisant des gliders (sorte d’hydroplaneurs) bardés de détecteurs et des bouées dérivantes. Cinq stations ont été réalisées, l’objectif étant d’analyser le contraste des organismes récoltés dans des milieux avec ou sans fertilisants. Cette expérience interdisciplinaire fournira des informations cruciales pour comprendre comment les écosystèmes se structurent en fonction de l’environnement.

La génomique

Les analyses de génomique s’effectuent à terre avec un décalage dans le temps. A ce jour, les analyses ont essentiellement porté sur quelques stations méditerranéennes. La flore est fractionnée selon la taille des organismes au cours de la collecte à chaque station. On procède ensuite à un séquençage massif des acides nucléiques de chaque fraction pour tenter de couvrir une diversité d’espèces aussi grande que possible. Comme ces analyses sont effectuées sur des mélanges, une des difficultés majeures consiste à regrouper les données de séquence éparses portant sur une même espèce. On observe une diversité étonnante des contenus en gènes, notamment au niveau du phytoplancton, cible principale de ces premières analyses. La plupart des gènes observés sont totalement inédits, surtout pour le phytoplancton non-bactérien, et codent des fonctions inconnues. A côté d’éléments constants retrouvés à chaque station, dans des proportions toutefois variables, on observe aussi des gènes spécifiques à une station donnée. Ces analyses initiales seront à étendre à un plus grand nombre de stations choisies pour leurs particularités océanographiques. Ces premières analyses permettent aussi de valider l’approche moléculaire et de calibrer l’effort requis pour chacune des fractions et des types d’acides nucléiques analysés.

La mission corail

Hébergeant à eux seuls plus du tiers des espèces marines sur moins de 0,1% de la surface des océans, les récifs coralliens constituent un enjeu majeur pour Tara Oceans. Parmi les équipes ayant étudié les récifs coralliens, figurent notamment l’Université de Milano-Bicocca, le Centre scientifique de Monaco, le CORDIO, l’Université de Miami, l’UICN, l’Institut océanographique de l’île Maurice, l’EMBL, l’IRD et le Museum of Tropical Queensland. De multiples échantillons ont été collectés. Plusieurs années seront nécessaires afin d’en tirer toutes les informations.

D’ores et déjà, au cours de ces deux années, les équipes scientifiques ont mis en évidence :

- Une grande dynamique des populations coralliennes suggérant un bon état de santé général des récifs explorés. Par exemple, la mission effectuée aux îles Gambier a permis de retrouver toutes les espèces enregistrées en 1974 par le biologiste Jean-Pierre Chevalier, excepté Stylophora pistillata, corail branchu que l’on retrouve également dans l’océan Indien et en mer Rouge, et qui s’avère très sensible au stress thermique. Sa disparition a déjà été mise en évidence aux Maldives après l’épisode de blanchissement de 1998. Dans le même temps, le nombre d’espèces de coraux aux îles Gambier s’est enrichi par la découverte de dix espèces qui n’avaient pas été décrites jusqu’ici dans cette zone.

- Les récifs coralliens observés ont jusqu’ici assez bien supporté les épisodes d’augmentation de la température. En effet durant l’été austral, la hausse de température des eaux n’a provoqué qu’un blanchissement modéré sans preuve de mortalité à l’ouest de l’océan Indien. Les plus hauts niveaux de blanchissement et de mortalité du corail étudié ont été observés à la fin de l’été austral dans la partie est de l’océan Indien. Cet épisode a touché 50% des coraux avec une mortalité de 30% pour les habitats les plus vulnérables. Les coraux branchus dominants, Acropora (dont la croissance est rapide), n’étaient que légèrement pâles et montraient une faible mortalité. Avec une couverture d’environ 70% d’Acropora, ces récifs coralliens ont montré un fort pouvoir de régénération vis-à-vis du précédent épisode de blanchissement de 1998.

- Outre les menaces directes imposées par les changements climatiques, il ne faut pas négliger d’autres sources de perturbations comme l’acidification des océans, la sédimentation ou l’invasion d’étoiles de mer Acanthaster.

Certes, ce premier constat est plutôt optimiste. Toutefois, il est impossible de savoir comment les coraux supporteraient les températures grandissantes imposées par la dynamique des océans. Les échantillons collectés par Tara Oceans apporteront des éléments de réponses quant au devenir des récifs coralliens : Comment évolue le taux de croissance des coraux dans le temps en des lieux éloignés de toute activité anthropique directe ? Comment évoluent les espèces coralliennes ainsi que les populations bactériennes associées à ces coraux ? Quels sont les meilleurs indicateurs de santé des récifs ?

L’aventure Tara Oceans se poursuit après 2012

Tara se trouve actuellement à San Diego aux Etats-Unis et doit rejoindre Lorient en France le 31 mars prochain, après avoir traversé l’Atlantique Nord.

En un peu plus de deux ans :
500 mises à l’eau de la rosette ont été opérées,
102 sites coralliens étudiés à Djibouti, Saint-Brandon, Mayotte et aux Gambier,
100 scientifiques se sont relayés,
40 escales ont été effectuées et 30 pays ont été traversés.

L’aventure Tara Oceans continue après le retour du bateau. En effet, ce sera le moment de publication des premiers résultats scientifiques (en cours de préparation, trois articles sur la génomique de trois stations en mer Méditerranée, l’impact de l’environnement sur la complexité de la biodiversité, et les effets de la circulation océanique sur les écosystèmes). De plus, les analyses des échantillons récoltés se poursuivront dans les laboratoires.
L’année 2012 sera l’année du partage pour le projet Tara Expéditions qui sera présent au sommet de la Terre à Rio en juin prochain. De son côté, le bateau sera en Bretagne tout l’été afin de participer à différents évènements et se rendra probablement à Paris à l’automne 2012.


* Coordinateurs scientifiques :
Eric Karsenti (EMBL/CNRS, Consortium Director),
Jean Weissenbach, (CEA/CNRS/UDE, FR / Genomics), Patrick Wincker (CEA/CNRS/UDE, FR / Genomics)
Didier Velayoudon (Consortium manager),
Stefanie Kandels-Lewis (EMBL: Scientific Logistics),
Uros Krzic, (EMBL: IT support),
Francesca Benzoni (Università degli Studi di Milano-Bicocca IT / Coral Reefs),
Gaby Gorsky (CNRS/UPMC, FR / Operational Oceanography),
Fabrice Not (CNRS/UPMC, FR / Operational Biology and Sampling),
Colomban De Vargas (CNRS/UPMC, FR / Biodiversity of Protists),
Mick Follows (MIT, USA / Modelling),
Silvia Gonzalez-Acinas (ICM-CSIC, ES / Prokaryotes),
Emmanuel Reynaud (UCD, IRL / Imaging/Cytometry),
Mike Sieracki (Bigelow Laboratory USA/Cytometry(SeaFlow, FlowCam, FRRF),
Matt Sullivan (Arizona, USA / Viruses),
Stephane Pesant (University of Bremen/PANGAEA®, DE / Oceanographic data management),
Olivier Jaillon, (CEA/CNRS/UDE, FR / Genomics),
Chris Bowler (CNRS/ENS, FR / Functional Genomics),
Hiroyuki Ogata (CNRS, FR / Giruses),
Gilles Reverdin (CNRS/UPMC, FR / Physico-Chemistry),
Uros Krzic (EMBL, DE / Onboard database),
Jeroen Raes (VIB/VUB, Brussels, BE  and Peer Bork, EMBL, DE /  Bioinformatics),
Pascale Joannot (MNHN, FR / Archiving/Authorizations),
Christian Sardet (CNRS/UPMC, FR/ Scientific Outreach),
Detlev Arendt (EMBL/ Evo Devo), Jean Michel Claverie (CNRS, FR/Data mining),
Sabrina Speich (Operational Oceanography, CNRS-IFREMER-IRD-UBO),
Daniele Iudicone (SZN, IT, Physical Oceanography).