Impacts des dépositions atmosphériques de fer sur les assemblages phytoplanctoniques et la production de diméthylsulfure dans le Pacifique Nord-Est contemporain et dans le contexte de l’acidification des océans

La croissance du phytoplancton est limitée par les faibles concentrations de fer (Fe) dans près de 40% de l’océan mondial. Le Pacifique subarctique Nord-Est représente une de ces zones limitées en fer et désignées High Nutrient - Low Chlorophyll (HNLC). Cet écosystème, dominé par des cellules de petite taille telles les prymnésiophytes, est caractérisé par de très faibles concentrations estivales de chlorophylle a et de fortes concentrations de macronutriments. Il a été maintes fois démontré que les ajouts de fer, sous différentes formes chimiques (habituellement FeSO4), dans les zones HNLC, stimulent la croissance et modifient la structure des communautés planctoniques en favorisant la croissance des cellules de grande taille, notamment les diatomées. Ces effets sur la communauté planctonique ont le potentiel d’influencer les grands mécanismes régulateurs du climat, tels la pompe biologique de carbone et la production de diméthylsulfure (DMS). Les poussières provenant des déserts du nord de la Chine sont reconnues depuis longtemps comme une source sporadique importante de fer pour le Pacifique Nord-Est. Malgré leur importance potentielle, l’influence directe exercée par ces poussières sur l’écosystème planctonique de cette zone HNLC n’a jamais été étudiée. Il s’agit d’une lacune importante puisque le fer associé aux poussières est peu soluble dans l’eau de mer, que la proportion biodisponible n’est pas connue et que les poussières peuvent avoir un effet inhibiteur chez le phytoplancton. Cette thèse propose donc, dans un premier temps, de mesurer pour la première fois l’effet de la fertilisation de la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est par un gradient de concentrations de poussières désertiques naturelles. Cette première expérimentation a démontré que le fer contenu dans les poussières asiatiques est biodisponible et qu’une déposition équivalente à celles prenant place au printemps dans le Pacifique Nord-Est peut résulter en une stimulation significative de la prise de nutriments et de la croissance du phytoplancton. Mes travaux ont également montré que l’ajout de 0,5 mg L-1 de poussières peut résulter en la production d’autant de biomasse algale que l’ajout de FeSO4, l’espèce chimique utilisée lors des expériences d’enrichissement en fer à grande échelle. Cependant, les ajouts de FeSO4 favorisent davantage les cellules de petite taille que les ajouts de poussières, observation démontrant que le FeSO4 n’est pas un proxy parfait des poussières asiatiques. Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à une source alternative de fer atmosphérique, les cendres volcaniques. Mon intérêt pour cette source de fer a été attisé par les observations d’une floraison spectaculaire dans le Pacifique Nord-Est, ma région d’étude, associée à l’éruption de 2008 du volcan Kasatochi dans les îles Aléoutiennes. Forte de mon expérience sur les poussières, j’ai quantifié l’effet direct de ces cendres volcaniques sur la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est. Mes résultats ont montré que le fer contenu dans les cendres volcaniques est également biodisponible pour le phytoplancton. Ils ont également montré que cette source de fer peut être aussi importante que les poussières désertiques dans la régulation de la croissance du phytoplancton dans cette partie de l’océan global à l’échelle millénaire. Dans un troisième temps, j’ai estimé comment l’acidification des océans modulera les réponses des communautés planctoniques aux dépositions naturelles de fer mises en évidence lors de mes expériences précédentes. Pour ce faire, j’ai effectué des enrichissements de poussière dans de l’eau de mer au pH actuel de 8.0 et dans l’eau de mer acidifiée à un pH de 7.8. Mes résultats ont montré une diminution du taux de croissance du phytoplancton dans le milieu acidifié mais pas de changement notable dans la structure de la communauté. Les ajouts de poussières et de cendres, de même que les variations de pH, n’ont pas eu d’effet significatif sur la production de DMS et de son précurseur le diméthylsulfoniopropionate (DMSP), probablement en raison de la courte durée (4 jours) des expériences. L’ensemble des résultats de cette thèse montre que le fer contenu dans diverses sources atmosphériques naturelles est biodisponible pour le phytoplancton du Pacifique Nord-Est et que des taux de déposition réalistes peuvent stimuler la croissance de manière notable dans les premiers jours suivant une tempête désertique ou une éruption volcanique. Finalement, les résultats de mes expériences à stresseurs multiples Fer/acidification suggèrent une certaine résistance des communautés phytoplanctoniques à la diminution du pH prédite d’ici la fin du siècle pour les eaux de surface des océans.

Villefranche sur Mer: multistressors experiment March 2012

The effect of ocean warming and acidification was investigated on a natural plankton assemblage from an oligotrophic area, the bay of Villefranche (NW Mediterranean Sea). The assemblage was sampled in March 2012 and exposed to the following four treatments for 12 days: control ( 360 µatm, 14°C), elevated pCO2 ( 610 µatm, 14°C), elevated temperature ( 410 µatm, 17°C), and elevated pCO2 and temperature ( 690 µatm, 17°C). Nutrients were already depleted at the beginning of the experiment and the concentrations of chlorophyll a (chl a), heterotrophic prokaryotes and viruses decreased, under all treatments, throughout the experiment. There were no statistically significant effects of ocean warming and acidification, whether in isolation or combined, on the concentrations of nutrients, particulate organic matter, chl a and most of the photosynthetic pigments. Furthermore, 13C labelling showed that the carbon transfer rates from 13C-sodium bicarbonate into particulate organic carbon were not affected by seawater warming nor acidification. Rates of gross primary production followed the general decreasing trend of chl a concentrations and were significantly higher under elevated temperature, an effect exacerbated when combined to elevated pCO2 level. In contrast to the other algal groups, the picophytoplankton population (cyanobacteria, mostly Synechococcus) increased throughout the experiment and was more abundant in the warmer treatment though to a lesser extent when combined to high pCO2 level. These results suggest that under nutrient-depleted conditions in the Mediterranean Sea, ocean acidification has a very limited impact on the plankton community and that small species will benefit from warming with a potential decrease of the export and energy transfer to higher trophic levels.

Structure evolution characterization of Anyang anthracites via H2O2 oxidization and HF acidification

The structural characteristics of the raw coal (AY), the H2O2 oxidized coals (AY–H2O2) and the HF acidized AY–H2O2 (AY–H2O2–HF) were investigated by SEM, X-ray diffraction, Raman and FTIR spectroscopy. The results indicate that the derivative coals show an obvious increase in the aromaticity, crystalline carbon content and hydroxyl content, especially the AY–H2O2–HF. The stacking layer number of crystalline carbon decreases and the aspect ratio (La/Lc) remarkably increases for AY–H2O2 and AY–H2O2–HF. The crystalline layers become much thinner. The particle size of AY–H2O2–HF in width significantly decreases from 1 μm to less than 100 nm. The combination of H2O2 oxidization and HF acidification is effective to reduce the size of the aromatic layers and to increase the reactivity of derivative coals. The process can help us obtain the superfine crystalline carbon materials like graphite structure.

Major Cellular and Physiological Impacts of Ocean Acidification on a Reef Building Coral

As atmospheric levels of CO2 increase, reef-building corals are under greater stress from both increased sea surface temperatures and declining sea water pH. To date, most studies have focused on either coral bleaching due to warming oceans or declining calcification due to decreasing oceanic carbonate ion concentrations. Here, through the use of physiology measurements and cDNA microarrays, we show that changes in pH and ocean chemistry consistent with two scenarios put forward by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) drive major changes in gene expression, respiration, photosynthesis and symbiosis of the coral, Acropora millepora, before affects on biomineralisation are apparent at the phenotype level. Under high CO2 conditions corals at the phenotype level lost over half their Symbiodinium populations, and had a decrease in both photosynthesis and respiration. Changes in gene expression were consistent with metabolic suppression, an increase in oxidative stress, apoptosis and symbiont loss. Other expression patterns demonstrate upregulation of membrane transporters, as well as the regulation of genes involved in membrane cytoskeletal interactions and cytoskeletal remodeling. These widespread changes in gene expression emphasize the need to expand future studies of ocean acidification to include a wider spectrum of cellular processes, many of which may occur before impacts on calcification.

Albert Einstein on the beach; Le Coq sur Mer, Belgium Portraits; Men

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Acidification of lakes in Finland : regional estimates of lake chemistry and critical loads

Yhteenveto: Järvien happamoituminen Suomessa: Alueellinen vedenlaatu ja kriittinen kuormitus

Airborne sulphur and lake water acidification in Finland.

Tiivistelmä: Ilman rikkilaskeuma ja järvien happamoituminen Suomessa.

Salmonella methylglyoxal detoxification by STM3117-encoded lactoylglutathione lyase affects virulence in coordination with Salmonella pathogenicity island 2 and phagosomal acidification

Intracellular pathogens such as Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium) manipulate their host cells through the interplay of various virulence factors. A multitude of such virulence factors are encoded on the genome of S. Typhimurium and are usually organized in pathogenicity islands. The virulence-associated genomic stretch of STM3117-3120 has structural features of pathogenicity islands and is present exclusively in non-typhoidal serovars of Salmonella. It encodes metabolic enzymes predicted to be involved in methylglyoxal metabolism. STM3117-encoded lactoylglutathione lyase significantly impacts the proliferation of intracellular Salmonella. The deletion mutant of STM3117 (Delta lgl) fails to grow in epithelial cells but hyper-replicates in macrophages. This difference in proliferation outcome was the consequence of failure to detoxify methylglyoxal by Delta lgl, which was also reflected in the form of oxidative DNA damage and upregulation of kefB in the mutant. Within macrophages, the toxicity of methylglyoxal adducts elicits the potassium efflux channel (KefB) in the mutant which subsequently modulates the acidification of mutant-containing vacuoles (MCVs). The perturbation in the pH of the MCV milieu and bacterial cytosol enhances the Salmonella pathogenicity island 2 translocation in Delta lgl, increasing its net growth within macrophages. In epithelial cells, however, the maturation of Delta lgl-containing vacuoles were affected as these non-phagocytic cells maintain less acidic vacuoles compared to those in macrophages. Remarkably, ectopic expression of Toll-like receptors 2 and 4 on epithelial cells partially restored the survival of Delta lgl. This study identified a novel metabolic enzyme in S. Typhimurium whose activity during intracellular infection within a given host cell type differentially affected the virulence of the bacteria.