Modéliser l’écosystème Océan avec Tara GO-SEE

© David Sauveur / Fondation Tara Océan

Il y a 10 ans cet automne, l’expédition Tara Oceans s’élançait pour sillonner les mers du globe pendant 4 ans. Une mission inédite qui allait révolutionner le monde de la biologie marine. Il s’agissait alors de tenter une étude du plancton la plus exhaustive possible et de réaliser une photographie d’ensemble de l’écosystème planctonique mondial. Au total, à ce jour, elle a permis de découvrir 150 millions de gènes marins, 100 000 espèces et de déterminer le facteur de répartition des communautés planctoniques grâce à plus de 35 000 échantillons d’eau de mer. Et bien d’autres découvertes encore. Dix ans plus tard, l’aventure scientifique poursuit son cours notamment  avec le projet Tara GO-SEE (Global Ocean Systems Ecology & Evolution). Les données de Tara Oceans sont aujourd’hui mondialement reconnues, l’exploitation se poursuit et l’horizon des connaissances ne cesse de s’élargir !

Fort des avancées en écosystémique globale réalisées dans la première décennie du projet Tara Oceans (2009-2019), et publiées dans les meilleures revues scientifiques, nous avons pu nous structurer en fédération de recherche (FR2022), un institut virtuel regroupant 22 équipes internationales (11 en France, dont la Fondation Tara Océan) autour d’une nouvelle odyssée : Tara GO-SEE (Global Ocean Systems Ecology & Evolution).

L’objectif est de comprendre les principes fondamentaux d’écologie et d’évolution d’un premier écosystème complexe sur notre planète, en vue d’établir une théorie quantitative robuste de sa dynamique et de sa résilience. Entre les atomes, les cellules, les organismes, d’un côté, et le climat, les étoiles et les galaxies de l’autre, pour lesquels des centaines de milliards d’euros ont été dépensés pour leur étude, se trouvent les écosystèmes: ces réseaux de vie autoorganisés et adaptatifs, qui interagissent avec l’environnement sur de multiples échelles. Les écosystèmes sont peut-être les «objets» les plus complexes de notre Univers, car ils intègrent l’ensemble du vivant dans sa matrice physicochimique; pour cette raison, ils ont longtemps échappé à la mesure scientifique et semblaient insondables. Or dans Tara Oceans, nous avons prouvé le contraire. Grâce à l’échantillonnage systématique du plancton marin sur des échelles taxonomiques (des virus aux animaux), systémique (des gènes aux organismes) et spatiotemporelle (4 ans sur les océans planétaires) intégrales, nous avons généré la plus grande base de données de séquences ADN/ARN et d’images d’organismes à l’échelle d’un biome.

Protists-mix-Atlantic©C.Sardet_1200© Christian Sardet / Chroniques du Plancton

Pour la première fois nous percevons les frontières de la complexité réelle d’un écosystème global, et nous avons développé des concepts et méthodes pour intégrer les données génétiques, d’imagerie, et environnementales (biophysicochimiques), et commencer à découvrir la structure et la dynamique du grand réseau de vie planctonique.

Dans Tara GO-SEE, nous proposons de poursuivre notre approche « panécosystémique» pour répondre, au cours des 10-15 prochaines années, à quelques questions fondamentales. Comment la vie s’est-elle diversifiée et complexifiée au niveau des écosystèmes ? Comment les organismes interagissent-ils et quelles sont les règles d’auto-organisation du vivant dans les écosystèmes ? Comment intégrer la complexité de la vie dans les modèles des grandes fonctions émergentes de l’océan (pompe à carbone, climat, réseaux trophiques et pêcheries). Notre hypothèse principale est que les interactions des organismes et leurs comportements collectifs sont à la base des mécanismes qui génèrent la biodiversité et régulent les communautés. Or ces forces « symbiotiques » n’ont pas encore été quantifiées ni modélisées aussi bien en écologie qu’en évolution. Une approche au niveau de l’écosystème est nécessaire pour une compréhension holistique de ces processus qui pourraient tout simplement réguler notre monde.

Pour ce faire, nous allons non seulement continuer à exploiter les données écomorphogénétiques issues des expéditions Tara Oceans et Tara Pacific, mais aussi développer des nouvelles approches analytiques pour combler des lacunes d’information, et intégrer et formaliser les données hétérogènes. Enfin nous retournerons en mer avec une nouvelle océanographie suffisamment flexible et réactive pour mesurer les processus clés de l’écosystème océan sur des échelles spatiotemporelles pertinentes.

Colomban de Vargas,
Coordinateur scientifique Tara Oceans et Tara Pacific et chargé de Recherche CNRS à la Station Biologique de Roscoff (CNRS/UPMC).

 

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