Une nouvelle étude de la Rosenstiel School of Marine, Atmospheric and Earth Sciences de l'Université de Miami montre que les micro-organismes qui vivent dans les intestins des poissons pourraient jouer un rôle étonnamment important dans la refonte de la chimie des océans et du cycle mondial du carbone. L'équipe de recherche a découvert que ces bactéries peuvent coopérer avec le poisson hôte pour produire des minéraux de carbonate de calcium, constituant ainsi un important puits de carbone dans l'océan, remettant en question la compréhension traditionnelle selon laquelle "ce processus est piloté uniquement par la physiologie du poisson".
L'étude, dirigée par Anthony Bonacolta, un ancien étudiant diplômé de l'école, s'est concentrée sur la manière dont les bactéries présentes dans les intestins des poissons et celles de leur hôte travaillent ensemble pour produire du carbonate de calcium, un minéral clé. Le carbonate de calcium est non seulement profondément impliqué dans les processus chimiques tels que l’équilibre acido-basique des océans, mais il est également considéré comme une forme importante de stockage de carbone dans l’environnement marin et a un impact à long terme sur le climat mondial.
Normalement, les poissons osseux (c'est-à-dire les poissons à nageoires rayonnées) continueront à boire de l'eau de mer afin de maintenir l'équilibre de la pression osmotique des fluides corporels. Au cours de ce processus, leurs intestins éliminent activement les ions calcium et carbonate en excès et les excrètent sous forme de particules solides de carbonate de calcium, appelées ichtyocarbonates. Pendant longtemps, la communauté scientifique a généralement cru que les carbonates dérivés du poisson étaient entièrement déterminés par les activités de régulation physiologique des poissons eux-mêmes. Cette étude suggère que l'implication nouvellement découverte de micro-organismes intestinaux pourrait constituer un « lien caché » important dans ce processus.
Martin Grosell, l'un des auteurs principaux de l'article, professeur d'ichtyologie au Maytag et directeur du département de biologie et d'écologie marines de l'école, a souligné que ces travaux nécessitent de réexaminer le rôle du microbiote intestinal des poissons dans la biologie des poissons et même dans le cycle mondial des nutriments des océans. Il a expliqué que le processus de formation des minéraux, autrefois considéré comme "purement réalisé par le poisson lui-même", est désormais plus probablement le résultat d'une symbiose étroite entre un poisson et ses micro-organismes intestinaux.
Afin d'explorer les fonctions possibles des micro-organismes, l'équipe de recherche a utilisé le poisson-crapaud du Golfe (nom scientifique Opsanus beta) comme objet expérimental pour examiner systématiquement la production de carbonates dérivés du poisson dans différentes conditions de salinité. L’expérience a exposé les poissons à trois environnements : de l’eau saumâtre à faible salinité (9‰), de l’eau de mer normale (35‰) et de l’eau hypersaline à forte salinité (60‰). Des études antérieures ont montré qu'à mesure que la salinité de l'environnement augmente, les poissons augmentent l'excrétion de carbonates dérivés du poisson au cours d'une osmorégulation normale.
Les résultats de cette expérience montrent que les crapauds dans un environnement à faible salinité ne produisent presque pas de carbonate dérivé du poisson, alors qu'un rejet évident de particules de carbonate peut être observé dans des conditions normales d'eau de mer, et cette production augmente encore dans un environnement hypersalin. Les chercheurs ont collecté des échantillons à divers endroits, notamment différents segments de l'intestin, les particules de carbonate dérivées du poisson elles-mêmes et l'eau entourant le poisson, pour analyser les communautés microbiennes et l'expression des gènes qu'elles contiennent. L’équipe a identifié les espèces microbiennes dans les échantillons grâce au séquençage du génome et, combinée à l’analyse de l’expression génique, a déduit les voies métaboliques potentielles et les caractéristiques fonctionnelles de ces micro-organismes.
Les résultats analytiques ont montré que les micro-organismes Vibrio, en particulier Photobacterium damselae subsp. demoiselles, étaient abondamment présentes dans les intestins des poissons et dans les particules de carbonate dérivées des poissons. L'analyse fonctionnelle des gènes suggère que ces bactéries ont des caractéristiques et des voies métaboliques liées à la précipitation du carbonate de calcium et pourraient être directement impliquées dans la formation des minéraux, plutôt que d'habiter simplement passivement l'environnement intestinal. Sur cette base, l’équipe de recherche a conclu que les poissons et leurs micro-organismes intestinaux sont susceptibles de piloter conjointement la production de carbonates dérivés du poisson grâce à des interactions synergiques.
Grossel a souligné que la grande majorité des formes de vie sur Terre appartiennent à des micro-organismes, qui déterminent les cycles des nutriments, soutiennent les fonctions des écosystèmes et continuent de révéler de nouveaux aspects de la diversité de la vie de manière symbiotique. Les phénomènes symbiotiques sont particulièrement abondants dans le milieu marin, et la relation symbiotique potentielle entre le poisson-crapaud et la bactérie Vibrio dans la formation de carbonate de calcium ajoute un nouveau cas représentatif à ce tableau.
Les chercheurs notent que cette découverte fournit de nouvelles informations sur la manière dont les écosystèmes marins influencent la chimie des océans et le cycle du carbone océanique. Si des recherches ultérieures peuvent confirmer davantage ce mécanisme, cela signifie qu’un grand nombre de micro-organismes vivant dans les poissons pourraient être impliqués dans l’influence du processus de stockage du carbone et de la santé globale des océans à plus grande échelle, et que leur rôle va bien au-delà de toute compréhension antérieure.