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Le régime de Mickey Mouse

Image: Picocystis salinarum. Autor: D. Patterson. Source: Microbial Life

Traduit par Marc Long

Les biscuits sont des friandises que l’on s’amuse à façonner de plusieurs façons : bonhomme de pain d’épice, cœur, biscuits de Noël, etc. Ou encore en forme de Mickey Mouse, nous rappelant ainsi l’histoire suivante…

Aujourd’hui, le personnage principal de cet article est une microalgue faisant seulement 2-3 microns (même si vous l’observez au microscope avec un grossissement de x100 000, vous ne verrez que des points), faisant ainsi partie du picoplancton.

Elle a été isolée en 1991 dans les marais salés de San Francisco, en Californie (85‰ de salinité, soit près de trois fois plus que l’eau mer) et a été baptisée…Picocystis salinarum (Lewin et col. 2000).

Picocystis salinarum. A) cellule sphérique, B) forme trilobée. Source : Lewin et al. (2001). Les abréviations correspondent au noyau (n), au chloroplaste (c), à la mitochondrie (m), à la paroi cellulaire (cw), au granule d’amidon (s) et au dictyosome (appareil de Golgi ; d).

En pleine croissance, ce sont de petites sphères, mais avec une carence en nutriments, elles acquièrent une forme trilobée.

Peu de temps après, la découverte d’un organisme similaire dans le lac Mono (Californie) a été publiée. Il a été appelé Picocystis sp. parce qu’elle ne semblait pas tout à fait la même microalgue. Et les auteurs ont également fait preuve d’un peu d’humour :

Le lac Mono. Source: Artigoo.

«A chloroplast was located in each of the two smaller lobes and the nucleus in the larger third lobe, reminiscent of Mickey Mouse

Roesler et col. (2002)

Le lac Mono est un endroit étonnant.

Il fait penser à une œuvre de Dalí et ses conditions environnementales ne sont pas moins remarquables…

Quand je l’ai vu, cela m’a rappelé la mer de Salton, dont nous avons discuté dans l’article intitulé Un futuro para Salton Sea (Article en espagnol).

La mer de Salton est née d’une erreur humaine (suite à la rupture d’un barrage) et est en train de mourir. Alors que le lac Mono, lui, est naturel, quelques étudiants ayant empêché sa disparition alors que son sort semblait inévitable.

Voici ce qui s’est passé. Le lac Mono, en Californie, était un plan d’eau alcalin et salin (légèrement au-dessus de 40‰ de l’océan), vieux de plus de 50 000 ans et situé dans les montagnes de la Sierra Nevada (à près de 2 000 mètres d’altitude).

Artemia monica. Auteur: djpmapleferryman. Source: Wikipedia

En 1941, les affluents qui alimentaient le lac ont été détournés pour répondre à la demande croissante en eau de Los Angeles. Et vous pouvez imaginer la suite

Dans les 40 années qui ont suivi, il a perdu la moitié de son volume mettant en évidence les tufas (des formations calcaires en forme de cheminée) de son lit. La salinité a été multipliée par deux, le pH est monté à 9,8 et pas un seul poisson ou vertébré n’a survécu

Face à de tels changements, seules des mouches alcalines (Ephydra hians), une espèce de crustacé unique au monde (Artemia monica), et les microalgues constituant leur principal régime alimentaire ont survécu: les Picocystis.

Ces microalgues représentent à elles seules 50% de la production primaire du lac. Et en hiver, elle ne descend généralement pas en dessous de 25%…

Il y a aussi des diatomées (Nitzschia) et des cyanobactéries, mais la reine indétrônable reste Picocystis.

Et les Artémias en raffolent ! En laboratoire, chacune d’entre elles mange en moyenne 500 000 Picocystis par heure !

Les Artémias elles-mêmes sont une ressource fondamentale pour les oiseaux sur la route migratoire du Pacifique de l’Amérique du Nord qui va de l’Alaska à la Patagonie. Un bel exemple de la dépendance entre les écosystèmes et les êtres vivants.

Limicoles (Phalaropes de Wilson et à bec étroit) au lac Mono. Source: monolake.org

Le lac Mono était monomictique avant les années 80′. C’est-à-dire que la stratification de la couche supérieure formée pendant la saison chaude se dissipait une seule fois par an, mélangeant et oxygénant ainsi ses eaux à la fin de l’année.

Mais en 1982, la détérioration de l’environnement et un événement «El Niño» intense ont initié une phase méromictique: une stratification de surface continue pendant 5 années de suite.

Et lorsque le mélange des eaux profondes et peu profondes a été rétabli, une nouvelle catastrophe s’est produite : l’ammonium, le méthane et le soufre accumulés au fond ont provoqué l’anoxie temporaire du lac.

En 1984, pendant cette stratification persistante, un maximum de chlorophylle de subsurface s’est formé. Et dans des conditions où l’on aurait pu s’attendre à des bactéries photosynthétiques anoxygènes, c’était en fait une microalgue eucaryote qui était responsable de ce maximum de chlorophylle: Picocystis sp. !

Dans la collection de cultures de microalgues de l’Institut Océanographique Espagnol à Vigo (CCVIEO, IEO Vigo) nous avons une souche de Mickey Mouse, pardon, de Picocystis salinarum (RCC3402). Auteur: F. Rodríguez.

Les Picocystis du lac Mono peuvent se développer dans la pénombre (<0,1 % de la lumière de surface disponible en été), et donc proliférer à des profondeurs allant jusqu’à 20 mètres.

Ils supportent une gamme IMPRESSIONNANTE de salinités (0-260‰), et de pH (4-12) et tolèrent également bien les faibles niveaux d’oxygène.

Cette plasticité physiologique lui permet d’établir des populations permanentes dans le lac, maintenant ainsi la production primaire, et supportant l’écosystème et les êtres vivants qui en dépendent : les Artémia et les oiseaux.

Picocystis possède une autre propriété surprenante: c’est une chimère dans sa composition pigmentaire. Chlorophylles et caroténoïdes des algues vertes (chlorophylle b, violaxanthine, etc.) et d’autres pigments de la lignée évolutive rouge (diatoxanthine, alloxanthine et monadoxanthine, les deux dernières étant typiques des cryptophycées) sont présents chez cette microalgue.

Des années plus tard, des collègues de la Station Biologique de Roscoff ont invité José Luis Garrido (IIM-CSIC) et moi-même à participer à un article (dos Santos et col. 2017) qui a établi la classification taxonomique de Picocystis salinarum.

Nous avons contribué à cette étude en analysant la composition pigmentaire de Picocystis salinarum qui coïncidait précisément avec les pigments de Picocystis sp. du lac Mono.

Et en combinant la génétique, la morphologie et les analyses pigmentaires, P. salinarum a finalement été incluse dans une nouvelle classe d’algues vertes : Picocystophyceae. Rappelez-vous: le phytoplancton en forme de Mickey Mouse, ou les «cookies» mangés par les Artémias du lac Mono si vous préférez).

En bleu foncé, le niveau minimum atteint par le lac Mono. En bleu clair, le niveau d’avant 1941 et la ligne du milieu est l’objectif fixé par l’État de Californie en 1994. Source: monolake

C’est bien beau tout ça mais le lac Mono? Il ne devait pas disparaitre?

Et bien si...

Mais en 1976, un jeune professeur de l’université de Stanford (David Gaines) a mené une étude écologique avec un groupe d’étudiants dénonçant la détérioration et la menace d’effondrement des écosystèmes. Et en 1978, ils ont créé le Mono Lake Committee (Comité du lac Mono) qui est toujours actif avec 16 000 membres.

Armés de la connaissance scientifique (et de la conscience environnementale), ils se sont lancés dans la lutte pour la protection de ce lac et ont obtenu en 1994 l’approbation de la State Water Board Decision 1631 (appuyée par un rapport d’impact environnemental de 1700 pages !!!).

Membres du Mono Lake Committee durant la «Rehydration Ceremony» (1982). Auteur: S. Johnson. Source: longlivemonolake

Cette réglementation de l’État a mis fin à son déclin en établissant un niveau d’eau minimum, un débit permanent pour les ruisseaux qui l’alimentent et la restauration de l’habitat des oiseaux aquatiques.

Ils pensaient atteindre le niveau minimum espéré en 20 ans… mais ce n’est pas si facile. En avril 2021, le niveau d’eau du lac est toujours inférieur au niveau décrété en 1994.

Son volume fluctue chaque année en raison des conditions climatiques, des sécheresses et d’un apport variable des eaux de fonte de la Sierra Nevada.

La tendance générale est à la hausse et l’avenir du lac semble assuré grâce à la mèche allumée par l’engagement environnemental de ce professeur et de ses étudiants.

Références:

  • dos Santos, A.L. et col. Chloropicophyceae, a new class of picophytoplanktonic prasinophytes. Sci. Rep. 7:14019. (2017).
  • Lewin, R.A. et col. Picocystis salinarum gen. et sp. nov. (Chlorophyta)—a new picoplanktonic green alga. Phycologia 39:560–565. (2000).
  • Roesler, C.S. et col. Distribution, production, and ecophysiology of Picocystis strain ML in Mono Lake, California. Limnol. Oceanogr. 47: 440–452. (2002).
  • Stamps, B.W. et col. Metabolic Capability and Phylogenetic Diversity of Mono Lake during a Bloom of the Eukaryotic Phototroph Picocystis sp. Strain ML. Appl. Environ. Microbiol. 84:e01171-18. (2018).
  • Sources web: monolake.org

La dieta Mickey Mouse

Imagen de portada: Picocystis salinarum. Autor: D. Patterson. Fuente: Microbial Life

Las galletas son objetos que nos divierte moldear con toda clase de formas: que si el muñeco de jengibre, corazones, navideñas, etc. Incluso galletas de Mickey Mouse que vienen muy al caso de la siguiente historia…

Nuestra protagonista de hoy es una microalga de apenas 2-3 micras que forma parte del picoplancton (al microscopio por debajo de 100.000 aumentos no verás más que puntos). La aislaron en 1991 de salineras en San Francisco, California (85‰ de salinidad, casi el triple que el mar) y la bautizaron como Picocystis salinarum (Lewin y col. 2000).

Picocystis salinarum. A) célula esférica, B) forma trilobulada. Fuente: Lewin y col. (2001). Las abreviaturas corresponden al núcleo (n), cloroplasto (c), mitocondria (m), pared celular (cw), gránulo de almidón (s) y dictiosoma (aparato de Golgi; d).

En fase de crecimiento activo son bolitas, pero con limitación de nutrientes adquieren forma trilobulada.

Poco después se publicó el hallazgo de un organismo similar en el lago Mono (California). Le llamaron Picocystis sp. porque a sus descubridores no les pareció del todo igual. Y además añadieron un poco de humor:

El lago Mono. Fuente: Artigoo.

«A chloroplast was located in each of the two smaller lobes and the nucleus in the larger third lobe, reminiscent of Mickey Mouse

Roesler y col. (2002)

El lago Mono es un lugar asombroso.

Parece sacado de una obra de Dalí y sus condiciones ambientales no son menos sorprendentes…

Cuando leí sobre él recordé al mar Salton del cual tratamos en Un futuro para Salton Sea.

La diferencia es que Salton surgió por accidente y agoniza sin remedio mientras que el lago Mono es natural y unos estudiantes evitaron su desaparición cuando su destino parecía inevitable.

Esto es lo que sucedió. El lago Mono en California era un cuerpo de agua alcalino y salino (ligeramente superior a la del océano: 40‰), con una antigüedad >50.000 años y situado en las montañas de Sierra Nevada (casi a 2.000 metros de altitud).

Artemia monica. Autor: djpmapleferryman. Fuente: Wikipedia

En 1941 desviaron los afluentes que lo alimentaban para abastecer la creciente demanda de Los Ángeles. Y ya se imaginarán lo que sucedió…

En los siguientes 40 años perdió la mitad de su volumen resaltando las torres de tufa (calcáreas) en su lecho. La salinidad se multiplicó por 2, el pH se disparó a 9,8 y no quedó ni un pez vivo u otros vertebrados…

Frente a aquellos cambios sólo prosperaron moscas alcalinas (Ephydra hians), una especie de crustáceo única en el mundo (Artemia monica) y la microalga que forma su dieta principal: Picocystis.

Ella solita llega a suponer el 50% de la producción primaria del lago. Y en invierno no suele bajar del 25%…

También hay diatomeas (Nitzschia) y cianobacterias, pero la reina indiscutible es Picocystis. ¡Y a las Artemias les encantan! en el laboratorio se ha comprobado que cada una se zampa de promedio ¡500.000 Picocystis por hora!

A su vez la propia Artemia es un recurso fundamental para las aves en la ruta migratoria del Pacífico de Norteamérica que abarca desde Alaska hasta la Patagonia. Todo un ejemplo de interrelación entre ecosistemas y seres vivos.

Aves limícolas (falaropos de Wilson y picofino) en el lago Mono. Fuente: monolake.org

El lago Mono era monomíctico antes de los 80′. Es decir, la estratificación de la capa superior formada en la época de calor se rompía al final del año, mezclando y oxigenando sus aguas. Pero en 1982 el deterioro ambiental y un intenso evento de «El Niño» iniciaron una fase meromíctica: estratificación superficial contínua durante 5 años.

Y cuando se restableció la mezcla de aguas profundas y superficiales aconteció otro desastre: el amonio, metano y sulfuro acumulados en el fondo produjeron la anoxia temporal del lago.

Pues bien. En 1984, durante aquella estratificación pertinaz se desarrolló un máximo de clorofila subsuperficial. Y en condiciones donde cabría esperar bacterias fotosintéticas anoxigénicas se observó que la responsable de aquel máximo era una microalga eucariota. ¡Acertaron! la futura Picocystis sp.

En la colección CCVIEO (IEO Vigo) tenemos una cepa de Mickey Mouse, perdón, de Picocystis salinarum (RCC3402). Autor: F. Rodríguez.

La Picocystis del lago Mono puede crecer en penumbra (<0.1% de la luz disponible en superficie en verano), proliferando así a profundidades de hasta 20 metros.

Soporta un rango BRUTAL de salinidades (0-260‰), con el pH tampoco se queda atrás (4-12) y tolera bien niveles bajos de oxígeno.

Esta flexibilidad fisiológica le permite establecer poblaciones permanentes en el lago, manteniendo así la producción primaria, el ecosistema y los seres vivos que dependen de él: Artemias y aves.

A mayores, Picocystis posee otra propiedad sorprendente: una quimera de pigmentos. Clorofilas y carotenoides de algas verdes (clorofila b, violaxantina, etc) junto a otros de la línea evolutiva roja (diatoxantina, aloxantina y monadoxantina, los dos últimos típicos de criptofíceas).

Años después, colegas de la Station Biologique de Roscoff nos invitaron a José Luis Garrido (IIM-CSIC) y a mí a participar en un trabajo (dos Santos y col. 2017) que estableció la posición taxonómica de Picocystis salinarum. Nuestra aportación fueron justamente los análisis de pigmentos que coincidieron con los de Picocystis sp. del lago Mono.

Y combinando genética + morfología y pigmentos P. salinarum quedó incluida en una nueva clase de algas verdes: Picocystophyceae (o picocistofíceas. Recuerden: fitoplancton con forma de Mickey Mouse, las «galletitas» que se zampan las Artemias del lago Mono).

En azul oscuro el contorno mínimo que alcanzó el lago Mono. En azul claro el nivel que tenía antes de 1941 y el trazo intermedio es el objetivo establecido por el Estado de California en 1994. Fuente: monolake

Muy bonito todo pero alguien se preguntará ¿y el lago Mono? ¿no decías que iba a desaparecer?

Pues sí...

Pero en 1976 un joven profesor de la Universidad de Stanford (David Gaines) realizó un estudio ecológico con un grupo de estudiantes denunciando el deterioro y la amenaza de colapso del ecosistema.

Y en 1978 crearon el Mono Lake Committee que sigue en activo con 16.000 socios.

Armados de ciencia (y conciencia medioambiental) se lanzaron a la lucha por la protección del lago y en 1994 consiguieron la aprobación de la State Water Board Decision 1631 (apoyada en un informe de impacto ambiental ¡¡ de 1700 páginas !!).

Miembros del Mono Lake Committee durante la «Rehydration Ceremony» (1982). Autor: S. Johnson. Fuente: longlivemonolake

Dicha norma estatal frenó su disminución estableciendo un nivel mínimo para sus aguas, un caudal permanente para los arroyos que lo alimentan y la restauración del hábitat de aves acuáticas.

Calculaban alcanzar dicho nivel mínimo en 20 años…pero no parece fácil.

En abril de 2021 sigue por debajo del nivel decretado en 1994. Su volumen oscila cada año debido a las condiciones climáticas, sequías y un aporte variable de aguas de deshielo en Sierra Nevada.

Eso sí: la tendencia global es ascendente y el futuro del lago parece asegurado gracias a la mecha que prendió el compromiso medioambiental de aquel profesor y sus estudiantes.

Referencias:

  • dos Santos, A.L. y col. Chloropicophyceae, a new class of picophytoplanktonic prasinophytes. Sci. Rep. 7:14019. (2017).
  • Lewin, R.A. y col. Picocystis salinarum gen. et sp. nov. (Chlorophyta)—a new picoplanktonic green alga. Phycologia 39:560–565. (2000).
  • Roesler, C.S. y col. Distribution, production, and ecophysiology of Picocystis strain ML in Mono Lake, California. Limnol. Oceanogr. 47: 440–452. (2002).
  • Stamps, B.W. y col. Metabolic Capability and Phylogenetic Diversity of Mono Lake during a Bloom of the Eukaryotic Phototroph Picocystis sp. Strain ML. Appl. Environ. Microbiol. 84:e01171-18. (2018).
  • Fuentes web: monolake.org