Plongée dans la diversité de la vie planctonique

Biologie L’expédition Tara Oceans livre ses premiers résultats scientifiques

Elle dévoile les multiples facettes de l’univers méconnu du plancton

Un océan de données, génétiques, moléculaires, physico-chimiques, photographiques… La pêche au plancton effectuée par le voilier Tara, entre 2009 et 2013, sur toutes les mers du globe, vient de connaître sa première traduction scientifique, avec la publication conjointe d’articles dans plusieurs revues prestigieuses, dont la revue Science, vendredi 22 mai. Un aboutissement, pour le consortium international Tara Oceans, associant des équipes de chercheurs aux marins de la fondation Tara, qui a choisi de faire de sa célèbre goélette un navire de recherche océanographique à part entière, en même temps qu’un étendard de la défense des mers.

L’expédition s’est attachée à décrire sous toutes ses facettes un monde méconnu, presque invisible: le plancton. «Le plancton, c’est bien plus que de la nourriture pour les baleines, décrit Chris Bowler, un des coordinateurs scientifiques de la mission. Ces micro-organismes sont à la base de toute la chaîne alimentaire des océans, mais aussi de mécanismes qui influencent l’ensemble de la planète, comme le cycle du carbone.» Ils représentent par ailleurs 80% de la biomasse des océans et produisent par photosynthèse la moitié de l’oxygène que nous respirons.

Tara n’est certes pas la seule expédition de cette nature au XXIe siècle, mais c’est l’une des plus ambitieuses. Elle a visé bien plus loin, par exemple, que celle du Sorcerer II, le voilier du généticien américain Craig Venter, pionnier de la pêche aux génomes à la fin des années 2000. «C’était encore le début de la métagénomique, l’étude des génomes d’une communauté d’organismes, et Venter s’est essentiellement intéressé aux bactéries, souligne Eric Karsenti, directeur de Tara Oceans. Notre objectif était de corréler la complexité de la vie planctonique et l’environnement dans lequel elle évolue.»

Les équipiers de Tara ont donc remonté dans leurs filets des virus, des bactéries, des protistes – des organismes le plus souvent unicellulaires, ni animaux, ni plantes –, pêchés essentiellement dans les 200 premiers mètres de profondeur, et jusqu’à 1000 mètres. Leurs mailles pouvaient retenir tout être vivant d’une taille allant de 0,02 micromètre à quelques millimètres. L’équipe a prélevé au total 35 000 échantillons dans 210 sites.

L’un des objectifs consistait à décrire les gènes d’une partie de ces minuscules habitants des mers – essentiellement des bactéries, aux génomes relativement simples. Le crible des séquenceurs à ADN a tamisé plus de 40 millions de gènes, pour la plupart nouveaux pour la science. L’analyse de plus de 35 000 espèces de procaryotes (des organismes cellulaires sans noyau) a montré une stratification de leur répartition en différentes communautés, «dont la composition était principalement dépendante de la température de l’eau», souligne Shinichi Sunagawa, du laboratoire européen de biologie moléculaire EMBL. Pour lui, la découverte de la primauté de ce facteur revêt une grande importance, alors que la planète connaît un réchauffement qui affecte aussi les océans.

«Il faudra plus de données pour savoir ce qui arrivera à ces écosystèmes avec le changement climatique», indique-t-il. Autre surprise: l’analyse des fonctions assurées par ces gènes montre que 73% d’entre elles sont aussi représentées dans la flore intestinale humaine (ou microbiote), «en dépit des différences physico-chimiques entre les deux écosystèmes».

Le mode d’interaction entre cette multitude d’organismes marins est aussi inattendu. «Pour la plupart, la collaboration est plus importante que la compétition, note Eric Karsenti. C’est un résultat très important, car il pourrait modifier un peu la façon dont on envisage généralement l’évolution, avec l’idée qu’elle est commandée par la survie du plus fort.» «L’écosystème marin n’est pas comme une forêt avec sa chaîne alimentaire pyramidale classique, où le carnivore mange l’herbivore, rebondit Chris Bowler: il y a toute une série d’organismes, parasites ou symbiotiques, qui assurent d’autres services, comme le recyclage.»

Autre enseignement: l’expédition a probablement engrangé l’essentiel de la biodiversité planctonique des océans – dans leur couche superficielle, tout au moins. «Nous avons constaté un haut niveau de saturation dans nos données génétiques, poursuit Chris Bowler. C’est-à-dire que chaque échantillon supplémentaire ne révélait de nouveaux gènes qu’à la marge.»

Cela ne signifie pas que la recherche entamée soit achevée. L’analyse génétique n’en est qu’à ses débuts: alors que chaque organisme repêché a été observé au microscope et dûment photographié – offrant un immense album, aussi varié qu’esthétique – le travail reste à faire pour connecter les séquences ADN à leurs propriétaires légitimes, aussi photogéniques soient-ils. Pour Chris Bowler, la mise à disposition des données et leur exploitation par d’autres équipes donneront la vraie mesure de la postérité de Tara Oceans.

Sa phase préparatoire – celle que l’on ne voit guère – avait été longue. «L’élaboration du projet scientifique a demandé un an et demi, témoigne Romain Troublé, le secrétaire général de l’organisation. Les débats ont été chauds au début entre les océanographes, qui sont plutôt des physiciens, et les biologistes. Etre parvenus à faire sortir chacun de son laboratoire, voilà notre plus-value.» La prochaine mission consacrée aux coraux dans le Pacifique s’annonce tout aussi exigeante du point de vue de l’interdisciplinarité. Les experts impliqués en débattent depuis des mois. Les orientations ne sont pas encore arrêtées et le départ n’aura pas lieu avant un an.

Cependant, les défis ne tiennent pas qu’aux enjeux scientifiques; Tara est aussi, et même surtout, une aventure humaine. En mer, l’exploit tient à la cohabitation au quotidien sur un bateau encombré de matériel et pas si grand que ça. A chaque mission s’y côtoient six ou sept chercheurs en plein travail, autant de marins, des artistes par moments, un journaliste… le tout au milieu de boîtes d’échantillons obligatoirement conservées à une température de -18°C – quelles que soient les latitudes –, débarquées tous les trois mois pour faire de la place.

«Il y a une grande «biodiversité» sur Tara, sourit Romain Troublé. Deux cent trente scientifiques de 35 ou 36 nationalités différentes se sont succédé. A chaque fois que nous nous sommes approchés des côtes d’un pays, nous avons convié des chercheurs locaux à se joindre à nous. Nous avons notamment échangé avec beaucoup de jeunes femmes en post-doctorat. Le travail se fait à bord, jour et nuit, avec des appareils performants: certains de nos invités ont vu cela comme de la science-fiction!»

Naviguer tout autour du globe ne se fait pas sans sensations fortes. Dans le golfe d’Aden, l’expédition a reçu le renfort de l’armée française pour dissuader les pirates. Aux Maldives, il a fallu changer de cap pour ne pas avoir affaire à eux. Il y a eu des coups de vent dans l’Antarctique, une grosse tempête imprévue en Méditerranée, une ancre cassée, des contretemps – une semaine bloqués dans les glaces au passage du Nord-Est…

A terre, l’entreprise Tara n’est pas simple non plus entre la logistique, le financement, l’enthousiasme des mécènes qu’il faut maintenir, les aspects juridiques… «Pour pouvoir prélever du plancton dans une vingtaine de zones économiques exclusives différentes, il faut s’y prendre des mois à l’avance, obtenir un coup de main des ambassades», rapporte le secrétaire général. Ont-ils essuyé des refus? L’Inde et l’Arabie saoudite ne leur ont jamais répondu, l’Equateur n’a pas non plus donné son feu vert à temps.

La goélette y a fait escale, pourtant. Romain Troublé en a un souvenir ému. «2500 écoliers en uniforme réunis dans un hall d’aérogare à qui nous avons expliqué l’impact de la bonne santé des océans sur le climat, cela m’avait bouleversé.» L’expédition n’oublie jamais la première mission qu’elle s’était fixée à ses débuts, en 2003: témoigner et plaider pour l’écosystème marin. Aussi, dans l’aventure de Tara, la discussion à bord avec le secrétaire général des Nations unies, Ban Ki-moon, à New York en 2012, marque-t-elle un moment important. L’accueil, toujours chaleureux, dans le port de Lorient, son port d’attache, reste, lui, comme la séquence émotion.

Au-delà des enjeux scientifiques, Tara est aussi, et même surtout, une aventure humaine