Les microbes de l’Arctique :
nouveaux architectes du climat

Selon un article publié par un groupe de recherche du Danemark dans la revue Nature Communications Earth & Environment, de nouveaux acteurs invisibles entrent en jeu dans l’équilibre climatique en Arctique. En effet, une activité accrue des microbes fixateurs d’azote, un élément nutritif primordial, a été observée pour la première fois dans les eaux en-dessous des glaces fondantes de cette région du globe.

Inoffensifs pour l’être humain, ces microbes jouent un rôle essentiel pour rendre divers nutriments, tel que l’azote, accessibles au sein de la chaîne alimentaire. Jadis, les experts pensaient que l’azote disponible en Arctique avait principalement des sources externes et purement chimiques, sans l’intervention d’aucun être vivant. Cependant, cette découverte de la présence de microbes polaires prouve le contraire pour la première fois.

Le rôle invisible des microbes

Des recherches ont donc révélé que des microbes jouent un rôle bien plus actif qu’on ne l’imaginait en Arctique, et ce, via des mécanismes biologiques qu’on croyait absents dans cette région froide. Ces derniers comportent diverses étapes du cycle de l’azote comme la fixation, ayant pour but de rendre cet élément accessible. En bref, la présence inédite de ces microbes entraîne un débalancement dans le cycle de ce nutriment qu’est l’azote, ce qui perturbe l’équilibre des écosystèmes arctiques de façon plus globale

La fixation de l’azote par les microbes dans l’océan Arctique est étroitement liée à la production primaire, notamment lors des floraisons de phytoplancton, des végétaux microscopiques qui vivent en suspension dans l’eau, qui se développent en bordure de la glace. D’ailleurs, une recherche publiée en 2020 dans la revue Nature Climate Change portant sur les changements dans la production primaire en Arctique montre que cette dernière a augmenté de 60% entre 1998 et 2018.

L’océan Arctique joue un rôle immense dans la régulation climatique dû à sa vaste couverture de glace. Cependant, l’augmentation de la température globale entraîne un reculement des calottes glaciaires, libérant ainsi des étendues de sol et d’eau autrefois emprisonnées sous des couches de glace et perturbant l’équilibre fragile des microbes ainsi que des circuits des nutriments dans la nature.

Les impacts de cette altération du climat en Arctique sont nombreux. Selon la Dr. Amy Heim, écologiste microbienne à l’Université de Sherbrooke s’intéressant aux perturbations climatiques ayant lieu aux pôles, tous les écosystèmes sont affectés. Un changement dans la végétation arctique est d’ailleurs déjà observable selon Heim : « les changements climatiques ont entraîné des modifications des conditions environnementales locales, ce qui provoque des changements dans la répartition des espèces. Étant donné que la flore influence le paysage de différentes manières, ce changement aura une incidence supplémentaire sur les écosystèmes polaires. Je ne dis pas que les choses iront mieux ou pire, mais simplement qu’elles seront différentes ».

Mais une question reste encore sans réponse : quel est l’impact de ces changements sur les microbes arctiques? Ceux-ci pourraient augmenter significativement l’apport en azote dans l’océan Arctique et ainsi stimuler la production primaire, qui est à la base de toute la chaîne alimentaire.

Vers une nouvelle écologie arctique

L’Arctique est considéré comme une sentinelle du climat mondial. En effet, c’est aux pôles que les changements climatiques sont les plus importants, avec une augmentation de la température moyenne allant jusqu’à quatre fois plus rapidement que partout ailleurs sur le globe selon une étude d’un groupe finlandais publié dans Communications Earth & Environment.

Cependant, l’impact de l’augmentation de la fixation d’azote par les microbes polaires ne se fait pas uniquement sentir dans cette région nordique, mais sur toute la planète. En effet, celle-ci peut influencer le climat mondial en modifiant non seulement les flux d’azote, mais aussi ceux de carbone et, par conséquent, les émissions de gaz à effet de serre et la dynamique des écosystèmes.

La fonte des glaces en milieu polaire peut donc stimuler la fixation d’azote microbienne, déréglant ainsi la disponibilité en nutriments pour la faune et la flore et entraînant une augmentation de la production primaire. À court terme, les effets peuvent être bénéfiques sur les écosystèmes locaux, mais ils sont plutôt aggravants si on regarde un portrait plus global, notamment car cette dynamique accroît les émissions de N₂O, un gaz à effet de serre puissant produit par ces mêmes microbes impliqués dans le cycle de l’azote.

Dans ce théâtre climatique en constant changement, il est primordial d’établir des prévisions sur la fixation future de l’azote, et ce, à différents stades du recul de la glace de l’océan Arctique. En effet les microbes ne semblent plus être de simples figurants invisibles, mais des architectes du climat en devenir selon le Dr. Heim : « étant donné que toutes les plantes ont besoin d’azote pour croître, comprendre comment les changements climatiques peuvent influencer la teneur en azote du sol pourrait nous aider à mieux comprendre et prédire les changements de la flore au sein de ces écosystèmes ».

Le cycle de l’azote en Arctique : un équilibre fragile L’azote est un élément nutritif essentiel à la vie sur Terre étant donné qu’il est indispensable à la structure et au fonctionnement de toutes les cellules, qui sont à la base de la vie. Néanmoins, l’azote présent dans l’air n’est pas directement utilisable par la plupart des organismes vivants comme les plantes ou les animaux. La forme gazeuse de cet élément, nommé azote atmosphérique (N2), doit donc être convertie en molécules biodisponibles comme l’ammoniac (NH3) par des microbes fixateurs d’azote afin que les organismes vivants puissent l’utiliser. D’autres microbes recyclent ensuite l’azote en le faisant passer par différentes formes : ammonium (NH4), nitrites (NO2–), nitrates (NO3–)… jusqu’à le renvoyer dans l’atmosphère sous forme d’azote gazeux. Ce ballet microbien régule donc la disponibilité en azote et la fertilité des milieux naturels, autant au niveau des plantes que des animaux. En Arctique, ce cycle est particulièrement fragile. En effet, le réchauffement climatique et la fonte accélérée des glaces modifient les habitats microbiens, accélérant ainsi certains processus et changeant l’équilibre du cycle.