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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.
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Les coccolithesforment la majeure partie des sédiments et de roches carbonatées depuis l’apparition des coccolithophoridés il y a 200 Ma.
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Illustra(on web
Les coccolithesEffets vitaux isotopiques, reconstitutions des paléotempératures
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Référentiel inorganique
Prédictions thermodynamiques
Expériences de précipitations en laboratoire.
Kim et O’Neil (1997 – Geochimica et Cosmochimica Acta)
Les coccolithes
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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
Gephyrocapsaoceanica
Helicosphaeracarteri
Coccolithuspelagicus
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
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
PALEOC
EANO
GRAH
IE
Sviben et al. (2016)
Les coccolithesEffets vitaux isotopiques
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Applications
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
§ 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
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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 ?
Applications : Salinité
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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)
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Effet très limité sur le fractionnement
oxygène et donc les calibrations T / d18Oc
Applications : Salinité
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Effet plus marqué et dépendent de la
souche sur le fractionnement
carbone
Reste à comprendre mécanistiquement.
Applications : Salinité
Applications : Limitation en CO2
Anhydrase carbonique
HCO3- + H+ = CO2 aq + H2O
Lever la limitation en CO2 des cellules
Impact sur le fractionnement C & O ?
Applications : Limitation en CO2
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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)
Applications : Limitation en CO2
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Emilianiahuxleyi A
Gephyrocapsaoceanica
Calcidiscus leptoporus
Coccolithuspelagicus
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 ↘
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Applications : ∆47
Températures d18O coccolithes corrigés de l’effet vital
Tremblin et al. (2016) - PNAS
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Applications : ∆47
Températures ∆47 coccolithes (pas d’effet vital; Katz et al., 2017)
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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)
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
Applications: Anthropocène
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
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
Restitution défi ISOTOP – 14 & 15 février 2019
§ 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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