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RÉSUMÉ
L’expédition "Tara Océans" ,réalisée de 2009 à 2013 par des scientifiques embarqués sur le voilier Tara, a permis de conduire une étude d’ampleur inédite sur le plancton, au cours d’un périple de 140 000 km sur tous les océans de la planète. L’objet de cet article est de présenter plusieurs aspects marquants de cette expédition : la caractérisation métagénomique du plancton ; le programme éducatif de l’expédition ; l’exploration de la diversité génétique, à la fois qualitative et quantitative, du plancton ; les grands principes d’échantillonnage utilisés lors de l’expédition ; les grandes découvertes de l’expédition.
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Flora VINCENT : Institut de biologie de l’ENS (IBENS), Département de biologie, École normale supérieure, CNRS, INSERM, Université PSL, Paris, France Department of Plant and Environmental Sciences, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israël
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Chris BOWLER : Institut de biologie de l’ENS (IBENS), Département de biologie, École normale supérieure, CNRS, INSERM, Université PSL Fédération de Recherche Global Ocean Systems Ecology and Evolution, FR2022/Tara Oceans GOSEE, Paris
INTRODUCTION
L’océan représente le plus grand écosystème continu sur Terre, et 98 % de sa biomasse est composée d’organismes qui sont invisibles à l’œil nu : les micro-organismes marins, dont nombre d’entre eux constituent le « plancton ». L’objectif de cet article est de présenter la diversité du plancton, telle que révélée par le projet « Tara Océans », et de détailler l’approche et les méthodologies adoptées par ce projet ambitieux. Sur la base d’une partie des 40 000 échantillons prélevés dans tous les océans du monde au cours de l’expédition, l’équipe a cartographié la biodiversité d’un large éventail d’organismes planctoniques et exploré leurs interactions. Ce projet est le plus important effort de séquençage de l’ADN pour les sciences de la mer réalisé à ce jour. Les analyses moléculaires ont révélé environ 40 millions de gènes, dont la grande majorité étaient nouveaux, suggérant ainsi une biodiversité du plancton beaucoup plus large que celle connue jusqu’à présent. Ces données ont fourni à la communauté scientifique des ressources sans précédent, notamment un catalogue de plusieurs millions de nouveaux gènes qui ont transformé la manière dont les océans sont étudiés et le changement climatique est évalué.
Domaine : métagénomique
Degré de diffusion de la technologie : croissance
Technologies impliquées : technologies moléculaires (barcoding moléculaire, metabarcoding, séquençage de l’ADN, etc.)
Domaines d’application : biotechnologies marines
Principaux acteurs français :
Centres de compétence : Fédération de Recherche Global Ocean Systems Ecology and Evolution
Contact : [email protected] ; [email protected]
Reproduction avec l’aimable autorisation de l’Académie d’agriculture de France :
Vincent F., Bowler C. 2019. Plancton : la nouvelle frontière révélée par l’expédition Tara Océan, Notes Académiques de l’Académie d’agriculture de France/Academic Notes from the French Academy of Agriculture, 2019, 4, 1-16.
Rapporteurs : Brigitte Meunier, directrice de recherche CNRS au Laboratoire de Bioénergétique et Ingénierie des Protéines BIP2 et Christian Ferault, membre de l’Académie d’agriculture de France.
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Quelques découvertes de l’expédition Tara Océans
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4. Grands principes d’échantillonnage lors de l’expédition Tara Océans
Pour chacune des 210 stations de l’expédition Tara Océans (figure 3), l’échantillonnage s’est fait à deux profondeurs. La première est la couche d’eau de surface (SUR), définie comme la couche de trois à sept mètres sous la surface. La seconde est la couche dite deep chlorophyll maximum (DCM) qui correspond à la zone d’abondance maximale du plancton photosynthétique, déterminée grâce à la mesure de la concentration en chlorophylle par fluorimétrie.
Pour chaque station, l’échantillonnage s’est fait sur plusieurs fractions de taille d’organismes. Le plancton prélevé pendant l’expédition Tara Océans a couvert six ordres de grandeur en termes de tailles, qui correspondent aux virus, virus géants (giant virus ou girus), procaryotes (bactéries et archées), eucaryotes unicellulaires (protistes), et eucaryotes pluricellulaires (comme les copépodes). Les cellules des protistes mesurent entre 0,8 et 2 000 μm. Des filets, de tailles de mailles appropriées, ont été utilisés afin de créer plusieurs fractions de tailles : 0,8 à 5 μm, 5 à 20 μm, 20 à 180 μm, 180 à 2 000 μm.
Pour chaque station, une analyse morphologique a été réalisée pour différentes classes d’organismes. D’une part, des systems de reconnaissance automatisés tels le FlowCam ( https://www.embrc-france.fr/fr/prestation/flowcam) et le ZooScan ( https://www.embrc-france.fr/fr/prestation/zooscan) ont permis des mesures quantitatives de la biodiversité d’organismes allant de 20 μm à quelques centimètres. D’autre part, la microscopie confocale 3D et la microscopie électronique à transmission ont permis des analyses ultra-structurales détaillées des petits protistes.
Le projet Tara Océans a utilisé de nombreuses nouvelles technologies et outils d’analyse pour effectuer la première collecte de données à l’échelle planétaire, qui couple biogéographie, écologie, génétique et morphologie, regroupant une communauté...
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BIBLIOGRAPHIE
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