Soutenance HDR de Camila Fernandez

Camila Fernandez soutiendra son habilitation à diriger des recherches le vendredi 20 janvier 2017 à Banyuls.

Distribution, regulation and diversity of Nitrification and N₂ fixation, two key processes of the marine nitrogen cycle

Résumé : Le cycle marin de l’azote fourni des sels nutritifs et/ou énergie pour une large fraction de la communauté microbienne. Il agit dans un continuum de conditions physico-chimiques entre des processus anaérobiques et aérobiques, et concerne les systèmes oligotrophiques, dominés par des cyanobactéries, ainsi que les systèmes eutrophiques où le couplage micro/bactériolancton contrôle la production biologique.

Pendant les 10 dernières années, ma recherche en biogéochimie m’a mené à l’étude de deux processus clés pour le cycle de l’azote qui représentent des sources de N pour la production primaire: l’oxydation d’ammonium en nitrate (nitrification) par des bactéries et archées nitrifiantes, et la fixation d’azote atmosphérique (N₂ et N₂O) par la communauté diazotrophe. Les expériences en laboratoire et sur le terrain menées dans des zones productives ainsi que des régions High Nutrient Low Chlorophyll (HNLC) ont contribué aux points suivants:

-       Estimer la profondeur de pénétration du rayonnement solaire (PAR et UVR) dans la zone euphotique des régions à fort stress radiatif

-       Evaluer la sensibilité de groupes nitrifiants (AOA, AOB, NOB) au rayonnement solaire en fonction de la dose, qualité de la lumière et fréquence d’exposition

-       Mettre en évidence la variabilité de l’oxydation d’ammonium et nitrite et leur couplage/découplage en fonction du niveau d’oxygène dans la zone d’upwelling du pacifique Sud Oriental

-       Améliorer nos connaissances  sur la diversité de la communauté nitrite-oxydante dans des environnements à production biologique élevée

-       Ré-évaluer la distribution spatiale de la fixation de N₂ dans les zones côtières du Pacifique Sud Oriental et l’océan Austral

-       Améliorer nos connaissances sur la variabilité temporelle de la fixation de N₂ dans des zones productives et HNLC

-       Décrire un nouveau processus pour les organismes diazotrophes, la  fixation biologique de N₂O

-       Réévaluer la fixation de N₂ comme une source d’azote nouveau pour la colonne d’eau dans des zones productives

Le bilan de mes recherches coïncide avec la vision actuelle de la communauté internationale sur la nitrification dans l’environnement marin. J’ai ainsi révélé des aspects inattendus sur la dynamique et sur le couplage inter espèces qui permettent à ce processus de prendre place. Le couplage entre les archées et bactéries ammonium oxidatrices et entre les groupes ammonium et nitrites oxydants est dépendant du niveau d’oxygène et de la pénétration du rayonnement solaire. La sensibilité des AOA, AOB et NOB vis à vis du rayonnement solaire révèle une variabilité à haute fréquence, avec des groupes qui montrent un seuil des réponse associés à la dose d’exposition et à la qualité de la lumière. J’ai également montré que l’oxydation de nitrite est bien adaptée aux gradients d’oxygène mais semble moins efficace sous des conditions anoxiques. Au contraire, les groupes AOA et AOB montrent une séparation spatiale dans la colonne d’eau. L’oxydation bactérienne d’ammonium est plus importante dans le centre de l’OMZ par rapport aux archées ammonium oxydatrices qui sont plus actives dans les eaux oxygénées de surface. Cette variabilité dans le couplage des groupes ammonium et nitrite oxydants implique que la nitrification fonctionne comme deux processus indépendants plutôt que comme une seule réaction.

Pour la première fois, la fixation de N₂ a été observée dans la région du Pacifique Sud Est, caractérisée par des basses concentrations d’oxygène dissous et des niveaux élevés de sels nutritifs dans les eaux de surface. Nous avons également mis en évidence un nouveau processus, la fixation biologique de N₂O qui peut être mené par des cyanobactéries diazotrophes ainsi que le bactérioplancton hétérotrophe. Les campagnes et expériences de laboratoire ont permis d’obtenir le plus grand set de données pour la région du Pacifique Sud Est et les premiers registres de fixation de N₂ dans l’océan austral.

En perspective, les études décrites dans ce mémoire ouvrent de nouvelles lignes de recherche pour la biogéochimie marine, qui devraient être abordées dans les prochaines années.