Le phytoplancton joue un rôle essentiel dans le maintien de la vie sur Terre. En transformant le CO2, la lumière du soleil et les nutriments en biomasse et en oxygène, les organismes unicellulaires qui composent le phytoplancton sont responsables d'environ 50 % de la production primaire (de matière organique végétale). Ils contribuent aux réseaux alimentaires et à la pompe biologique, un élément majeur du cycle marin du carbone qui permet la fixation du CO2 dans les océans par sédimentation des microalgues. Comprendre les bases cellulaires de la réponse du phytoplancton face aux changements environnementaux pourrait inspirer des développements prometteurs en biotechnologies.
Jusqu'à présent, le phytoplancton était observé en microscopie optique, microscopie confocale 3D et microscopie électronique 2D qui fournissaient des images avec une résolution insuffisante pour révéler l'ultrastructure cellulaire.
Plusieurs équipes de l'Irig ont développé une reconstruction 3D de de l'architecture cellulaire d'eucaryotes représentatifs du phytoplancton fondée sur la microscopie électronique à balayage à faisceau d'ions focalisé (FIB-SEM).
Les chercheurs ont ainsi pu identifier les caractéristiques conservées au cours de l'évolution du plancton :
- le volume occupé par les principaux organites,
- le rapport volumétrique entre les deux organites producteurs d'énergie (mitochondrie et plaste),
- leur proximité.
Les observations révèlent également comment les cellules adaptent leurs réponses physiologiques à diverses conditions environnementales. Il existe notamment un lien étroit entre l'interaction mitochondrie-plastes et la capacité de production de biomasse algale en mixotrophie (c'est-à-dire en synergie entre respiration et photosynthèse) chez la microalgue extrêmophile Galdieria sulphuraria, la microalgue oléagineuse Microchloropsis gaditana et la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum. Ces résultats éclairent les bases cellulaires de la flexibilité du métabolisme énergétique du phytoplancton.
Ces travaux, soutenus par l'ANR et l'ERC, ont été réalisés en collaboration avec l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (Allemagne), l'Université de Liège (Belgique), l'Université Oxford Brookes (Grande-Bretagne), la société Fermentalg et le groupe Total pétrochimie.