New Comprendre, quantifier et utiliser AUTEUR · 2019. 2. 19. · AUTEUR Michaël Hermoso Fabrice...

AUTEUR

Michaël HermosoFabrice Minoletti

Nathalie LabourdetteMagali Bonifacie (IPGP)

Claire Rollion-Bard (IPGP)Angèle Ricolleau (CINaM)

Frédéric Marin (Biogeosciences)Ian Probert (SB Roscoff)

Comprendre, quantifier et utiliserles effets vitaux des coccolithes par une approche

multi-systèmes isotopiques

COCCOTOPE

Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019

Illustra(on web

Les coccolithes

Gephyrocapsa oceanica Souche RCC1314. Cliché MEB.


Les coccolithesforment la majeure partie des sédiments et de roches carbonatées depuis l’apparition des coccolithophoridés il y a 200 Ma.


Illustra(on web

Les coccolithesEffets vitaux isotopiques, reconstitutions des paléotempératures


Référentiel inorganique

Prédictions thermodynamiques

Expériences de précipitations en laboratoire.

Kim et O’Neil (1997 – Geochimica et Cosmochimica Acta)

Les coccolithes


Emilianiahuxleyi

Gephyrocapsaoceanica

Helicosphaeracarteri

Coccolithuspelagicus

Calcidiscusleptoporus

Synthèse dans Hermoso (2014)Coccolith-derived proxies in Palaeoceanography: Where geologists need Biologists

Effet vital

Effets vitaux isotopiques, reconstitutions des températures

© nannotax

Les coccolithes


Effet vital

fortes incertitudes en

paléocéanographie.

Synthèse dans Hermoso (2014)Coccolith-derived proxies in Palaeoceanography: Where geologists need Biologists

Effets vitaux isotopiques, reconstitutions des températuresEmilianiahuxleyi


Helicosphaeracarteri


Calcidiscusleptoporus

© nannotax

Les coccolithes

2µm

Coupe d’un coccolithophoridéau microscope électronique à transmission (MET).

Tenir compte de l’origine biologique de l’archive paléoclimatique

Filtre biologique

EnvironnementPhysico-chimie de l’eau de mer

Biominéralcomposition hors équilibre

Thermodynamique

biominéralisation intracellulaire


PALEOC

EANO

GRAH

IE

Sviben et al. (2016)

Les coccolithesEffets vitaux isotopiques


McClelland et al. (2017) – Nat. Comms

Intensité des effets vitaux= balance entre besoin de

CO2 aq par les cellules et l’apport de carbone depuis le

milieu extracellulaire.

- pCO2- Taille cellule

Fractionnement de Rayleigh

Bjerrum Plot

Laboratoire de cultures de l’iSTeP

CO2

Flasks de culture stériles

Photoincubateurspanasonic MLR-351240 L – T° +/-0,2°C

Hotte à flux laminaire

HERAGUARDCoulter Counter

Multisizer 4

Microscope inverséZeiss AvioVert A.1(contraste de phase)

Analyseurinfrarouge CO2

Stock eau de mer


Applications


§ Isotopes C & O – effet de la salinité sur fractionnement biologique ?

§ Isotopes C & O – limitation en CO2 (ajouts anhydrase carbonique)

§ Isotopes du bore – sonde paléo-pH intracellulaire

§ Isotopes C – fixation du CO2 scénarios anthropocènes (RCPs)

§ Isotopes associés – ‘vraies’ températures de surface des océans

Applications : Salinité


Covariation entre salinité et d18O de

l’eau de mergéographique& géologique

Pas d’effet de d18Oswsur fractionnement

(Hermoso et al. 2014)

Salinité influe sur l’homéostatie des cellules et flux de

carbone.

Module le fractionnement ?



Modulation des taux de division cellulaire de part et d’autre d’un

optimum (33-35 psu)

Hermoso et al. (2018)(Master 1 Marceau Lecasble)


Effet très limité sur le fractionnement

oxygène et donc les calibrations T / d18Oc



Effet plus marqué et dépendent de la

souche sur le fractionnement

carbone

Reste à comprendre mécanistiquement.


Applications : Limitation en CO2

Anhydrase carbonique

HCO3- + H+ = CO2 aq + H2O

Lever la limitation en CO2 des cellules

Impact sur le fractionnement C & O ?



0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Taux de division cellulaire

Ajout anhydrase carbonique bovine (mg/L)

Taux

de

répl

icat

ion

(/jou

r)

Emilianiahuxleyi A(3 µm)

Gephyrocapsaoceanica(8 µm)

Calcidiscus leptoporus(15 µm)

CoccolithusPelagicus(22 µm)

Emilianiahuxleyi B(5 µm)



Emilianiahuxleyi A


Calcidiscus leptoporus


Emilianiahuxleyi B

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

-1,50-1,00-0,500,000,501,001,502,002,503,00

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Anhydrase carbonique (mg/L)

’Plus’ de CO2

d18 O

c–d1

8 Osw

(‰ V

PD

B-V

SM

OW

)d1

3 Cc

–d1

3 CD

IC(‰

VP

DB

-VP

DB

)

Changement de source de carbone acquis par la cellule

pour E. huxleyi

Plus de photosynthèse chez

C. pelagicus

PIC/POC ↘


Applications : ∆47

Températures d18O coccolithes corrigés de l’effet vital

Tremblin et al. (2016) - PNAS


Applications : ∆47

Températures ∆47 coccolithes (pas d’effet vital; Katz et al., 2017)


Applications : d11B

Sonde isotopique paléo-pHFractionnement d’équilibre acide borique – ions borates

Très faibles rapports B/Ca dans la calcite des coccolithes

=> Augmentation conc B dans les milieux de culture


Applications : d11B

Pas d’effet sur les taux de division cellulaire

Pas d’effet sur l’expression des effets vitaux C & O

Changements ultrastructuraux marqués

B x1 B x25RCC 1202 Coccolithus braarudii

Fixation de carbone par la photosynthèse et la calcification

- Pompe biologique (fixation de CO2)

Puits de carbone (atmosphère → océan)

- Contre-pompe des carbonates (fixation d’alcalinité)

Source de carbone (océan → atmosphère)

Hutchins (2011, Nature)


Applications: Anthropocène


Applications: Anthropocène

GIEC 2014

Cumulative total anthropogenic CO2 emissions (GtC)

McClelland et al. (2016) – Scien5fic Reports

Utilisation du d13C comme marqueur de PIC/POC

(Master 2 Camille Godbillot)

Poursuite du projet


§ Poursuivre op+misa+on des mesures d11B / comprendre l’effet du B sur la biominéralisa+on.

Mesures des coccolithes déjà produits.Mesures coccolithes glaciaires/interglaciaires.

§ Clumped isotopes ∆47

Cultures de coccolithes à fortes pCO2 / faibles pH.

§ Mesure d18O du fluide intracellulaire

Paramètre jamais testé, peut expliquer l’écart d18O de 5‰ entre coccolithes.

§ Contraintes minéralogiques sur la biogéochimie et ultrastructure

FTIR, XANES et MET.

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