Flux d'aérosolisation, bio

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 809 (2023) Citer cet article

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On sait peu de choses sur les capacités de propagation de Limnomonas gaiensis dans les lacs d'eau douce du nord de l'Europe. Dans cette étude, nous montrons que l'espèce pourrait être aérosolisée avec succès à partir de sources d'eau par éclatement de bulles (2 à 40 particules.cm−3), quelle que soit sa densité dans la source d'eau ou la vitesse du jet utilisée pour simuler le déferlement des vagues. La viabilité de l'espèce a été affectée à la fois par les turbulences de l'eau et par l'aérosolisation. Le taux de survie des cellules émises était faible, spécifique à la souche et différemment impacté par les processus de destruction des bulles. L’entité « microalgues et biotes » pourrait produire de l’éthanol et nucléer activement des protéines actives de nucléation de glace solubles médiées par la glace (principalement ≤ −18 °C), ce qui pourrait avoir un impact sur la formation du smog et des nuages. De plus, les plus petites souches pourraient mieux faire face aux facteurs de stress appliqués. La survie à une exposition à court terme à des températures allant jusqu'à −21 °C et à des épisodes de gel suggère en outre que L. gaiensis pourrait être dispersée dans l'air et contribuer à son dépôt.

La microalgue Limnomonas gaiensis habite les lacs d'eau douce du nord de l'Europe. Ce membre du phylogroupe Chlamydomonas a récemment été décrit morphologiquement et génétiquement1. L'espèce a été isolée de systèmes aquatiques non connectés en Europe du Nord1 et présente des caractéristiques clés pour la dispersion des organismes et l'adaptation locale caractérisées par un potentiel d'acclimatation à une large gamme de pH2. Cependant, sa capacité de propagation n’est pas connue.

Des espèces de Chlamydomonas en suspension dans l'air ont été signalées dans un large éventail d'emplacements géographiques3, avec une dispersion réussie4,5,6, y compris dans l'espèce des neiges C. nivalis7. En raison de la distance et de l’absence de connectivité entre les lacs où L. gaiensis est présente, nous avons émis l’hypothèse que la dispersion atmosphérique pourrait jouer un rôle dans sa propagation.

Les microalgues aquatiques sont aérosolisées par l'abrasion de la surface de l'eau3, via le frottement du vent et les crêtes des vagues déferlantes générant des gouttes d'écume8, ou par l'éclatement de bulles produisant des films ou des gouttelettes de jet. L'aérosolisation de microalgues a été signalée sur les terres et les océans, avec des variations selon l'emplacement, les conditions de vent3,9, la densité des organismes dans la source d'eau et les conditions de croissance10,11. À ce jour, moins d’une poignée de flux d’émission sont disponibles4,12,13,14, atteignant jusqu’à 3 × 103 cellules.m−3 dans les microalgues et 4 × 105 cellules.m−3 dans les picomicroalgues (0,2 à 2 µm). De plus, les processus régissant l’aérosolisation des microalgues sont encore mal caractérisés.

L'aérosolisation des microalgues a retenu l'attention en raison de leurs capacités à interagir avec l'atmosphère, à s'adapter morphologiquement pour survivre aux conditions atmosphériques15, à se disperser dans de nouveaux environnements et à être source de risques sanitaires pour l'environnement et la société3,9,16. La prolifération de microalgues en suspension dans l’air, telles que Chlamydomonas spp.16, peut entraîner de graves problèmes environnementaux et sanitaires, tant à l’intérieur16,17 qu’à l’extérieur3,9,18. De plus, certaines peuvent proliférer dans des lacs contaminés par des cyanobactéries toxiques6, une similitude avec L. gaiensis1.

Les microalgues peuvent produire des composés organiques volatils (COV) importants pour la chimie atmosphérique19,20,21,22. Ils peuvent également nucléer activement la glace en dessous de −6 °C grâce à la production de composés actifs de nucléation de la glace (INA)23 et en dessous de −23 °C grâce à la production d'exsudats d'INA24. Plus précisément, certains Chlamydomonas sp. peut nucléer activement la glace25 à une température comprise entre -8 et -17 °C. Par conséquent, les COV et les molécules INA des microalgues produits peuvent avoir un impact potentiel sur les processus atmosphériques tels que la formation des nuages ​​et leur propre dépôt.

Les microalgues en aérosol ne devraient pas rester en suspension dans l’air pendant des périodes prolongées en raison de leur grande taille3. Pour cette raison, leur impact sur le climat et la diffusion du transport aérien a été considéré comme négligeable. Étonnamment, certaines microalgues ont été signalées loin de leurs sources potentielles, même dans des endroits éloignés comme l'Antarctique3,26,27,28. De plus, grâce à l’analyse de la trajectoire inverse, des études ont montré qu’un transport long et viable des microalgues était réalisable15,29,30,31. Le long transport aérien donne lieu à plusieurs opportunités d'interactions avec le rayonnement solaire et augmente leur potentiel à agir comme ce que l'on appelle des noyaux de condensation de nuages ​​géants (CCN), formant le germe de la formation de gouttelettes de nuages ​​liquides. Le rôle des microalgues aéroportées en tant que CCN géant a déjà été suggéré28 mais n'est pas encore bien compris.