Etude de l'effet des processus diagénétiques sur les alcénones : impact sur les estimations de paléotempératures, Effects of diagenetic process on alkenones : impact on palaeotemperature estimations

Nathalie Zabeti

Description

Sous la direction de Patricia Bonin, Jean-françois Rontani
Thèse soutenue le 08 septembre 2010: Aix Marseille 2
Les alcénones constituent une classe de cétones insaturées à longue chaîne (C35 à C41)synthétisées par un nombre limité d’haptophytes. La proportion des alcènones en C37 di et triinsaturéesvarie en fonction de la température de croissance de l’haptophyte. A partir de cette caractéristique et de leur ubiquité dans l’environnement marin, un indice nommé '37U K =[C37 :2] / ([C37 :2 + C37 :3]) est utilisé depuis la fin des années 1980s comme paléomarqueur des températures des eaux de surface.Des processus de dégradation biotique et abiotique sélectifs, jusqu’alors partiellement ignorés,peuvent entraîner des biais significatifs (du fait de la perte préférentielle des alcénones les plus insaturées) dans les valeurs de paléotempératures estimées à partir de l’ '37U K . Ce travail a été entrepris dans le but d'étudier l'impact de ces processus diagénétiques sur les alcénones et d'évaluer leur importance dans l'environnement marin.Durant la première partie de ce travail, nous avons isolé et identifié diverses souches bactériennes à partir de cultures d’Emiliania huxleyi, que nous avons testées pour leur capacité à dégrader les alcénones. La souche Dietzia maris s'est révélée capable de dégrader sélectivement les alcénones. Cette dégradation sélective fait intervenir une époxydation initiale des doubles liaisons des alcénones, qui est vraisemblablement induite par une monoxygénase ayant une plus grande affinité pour la double liaison en position w29 et peut conduire à une augmentation des valeurs de l' '37U K de l’ordre de +0,10 (soit une surestimation des températures de +3°C).L'impact de ces processus de dégradation (biotique et abiotique) in situ s'est révélé plus oumoins significatif selon les zones géographiques considérées. En mer Méditerranée,l'augmentation des valeurs de l' '37U K (0,43 à 0,55) s'explique essentiellement par une forte autoxydation des alcénones lors de leur sédimentation. La détection d'alcénones stéréomutées à la surface du sédiment nous a permis d'estimer que les processus de stéréomutatio npouvaient entraîner un biais dans les valeurs de l' '37U K de +0,05 dans cette région. En Alaskaainsi que dans le Pacifique équatorial, les biais observés résultent essentiellement d’une dégradation bactérienne sélective des alcénones (+0,7 à +2,4°C et +2°C, respectivement).Lors de nos analyses de matériel particulaire provenant de l’océan Pacifique équatorial, nos observations ont mis en évidence une relation entre l’état de photo-oxydation des cellules phytoplanctoniques sénescentes et l’état physiologique des bactéries qui leur sont associées.Un transfert d’oxygène singulet (1O2) des phytodétritus aux bactéries entraînerait un déclin important de la croissance bactérienne et limiterait ainsi considérablement la biodégradation.Dans notre étude, ce transfert d’1O2 s’est révélé plus efficace dans les particules en suspension(forte photo-oxydation des bactéries) que dans les particules prélevées par trappes (forte biodégradation du phytodétritus). Cette différence s’expliquerait par l’abondance de particules riches en silice dans les particules prélevées par trappes (dominées par des agglomérats de diatomées) dont le caractère polaire réduirait la durée de vie de l’1O2.Nos résultats confirment que les processus de (i) dégradation bactérienne sélective, (ii)d'autoxydation et (iii) de stéréomutation peuvent introduire des bais significatifs dans les reconstructions de paléotempératures et des moyens de corriger les biais résultant de cette diagenèse ont été proposés afin d'améliorer les reconstructions de paléotempératures basées sur cet outil.
-Alcénones
-Dégradation sélective
-Biodégradation aérobie
-Autoxydation
-Stéréomutation
-Époxydation des doubles liaisons
-Mer Méditerranée
-Alaska
-Océan Pacifique équatorial
-Association bactéries-phytodétritus
Alkenones constitute a class of long-chain unsaturated ketones (C35 to C41) synthesized by alimited number of haptophytes. The proportion of C37 di- and tri-unsaturated alkenones varies according to the growth temperature of the haptophytes. From this characteristic and theubiquity of alkenones in the marine environment, an index named '37U K = [C37: 2] / ([C37: 2 + C37:3]) is used since the late 1980s as paleomarker of sea surface temperatures. Selective biotic and abiotic degradation processes, previously ignored in the literature, canlead to significant biases (due to the preferential loss of the more unsaturated alkenones) in paleotemperature values estimated from the '37U K . This work was undertaken to estimate theimpact of diagenetic processes on alkenones in the marine environment.During the first part of this work, we isolated and identified various bacterial strains from cultures of Emiliania huxleyi, which were tested for their ability to degrade alkenones. Thestrain Dietzia maris sp. S1 appeared to be able to degrade selectively di- and tri-unsaturatedalkenones. This selective degradation involves an initial epoxidation of alkenone doublebonds, which is probably induced by a monooxygenase showing a greater affinity for the w29double bond and leads to increases of the '37U K values ranging from +0.05 to +0.10 units(corresponding to an overestimation of temperatures of 1.5 - 3°C).The impact of these biotic and abiotic degradation processes in situ was more or lesssignificant depending on the area considered. In Mediterranean Sea, increasing values of '37U Kwith depth (0.43 to 0.55) seemed to mainly result from an intense autoxidation of alkenones.The detection of stereomutated alkenones in surface sediments also attested to the importanceof these processes in this region (increased in '37U K values of +0.05 units). In contrast, in Alaska and Equatorial Pacific, the biases observed (+0.7 to +2.4°C and +2°C, respectively) appeared to be mainly induced by selective bacterial degradation of alkenones.Analyses of particulate matter from the Equatorial Pacific Ocean, revealed a relationshipbetween the state of photo-oxidation of senescent phytoplankton cells and the physiologicalstate of associated bacteria. A transfer of singlet oxygen (1O2) from phytodetritus to thebacteria may induce damages in bacteria and thus significantly limit biodegradation. This transfer of 1O2 appeared to be more effective in suspended particles (high photo-oxidation ofbacteria and preservation of phytodetritus) than in the sinking particles (weak photo-oxidationof bacteria and high biodegradation of phytodetritus). These differences were attributed to theabundance of particles rich in silica in sinking particles (dominated by agglomerates ofdiatoms), whose the polar character could reduce lifetime of 1O2.Our results confirm that the process of (i) selective bacterial degradation, (ii) autoxidation and(iii) stereomutation may introduce significant biases in the reconstruction ofpaleotemperatures. Some tools were proposed to correct some of these biases and thus toimprove the paleotemperature reconstructions based on alkenones
-Alkenones
-Selective degradation
-Aerobic biodegradation
-Autoxidation
-Stereomutation
-Epoxidation of double bonds
-Mediterranean Sea
-Alaska
-Equatorial Pacific Ocean
-Bacteria – phytodetritus associations
Source: http://www.theses.fr/2010AIX22066/document

Sujets

• Mer Méditerranée
• Alaska

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 72
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

Université de la Méditerranée
Centre d'Océanologie de Marseille

Ecole doctorale Science de l'Environnement



N° d'ordre de la thèse


Thèse

Présentée par
NATHALIE ZABETI



En vue de l'obtention du grade de Docteur de l'Université de la Méditerranée
Spécialité: Océanographie – Biologie et écologie marine




Etude de l'effet des processus diagénétiques sur
les alcénones: Impact sur les estimations de
paléotempératures





Soutenue le 8 septembre 2010 devant la commission d'examen:



Dr. DERENNE, S. Directeur de recherche- CNRS- Paris Rapporteur

Pr. SALIOT, A. Professeur, Université Pierre et Marie Curie Rapporteur

Pr. MICHOTEY, V. Professeur- Université de la Méditerranée Examinateur

Dr. VOLKMAN, J.K. Research Program leader- CSIRO - Australia Examinateur

Dr. BONIN, P. Directeur de recherche –CNRS- Marseille Co-directeur de thèse

Dr. RONTANI, J.-F. Chargé de recherche – CNRS- Marseille Co-directeur de thèse



































































































REMERCIEMENTS

Ce travail de recherche a été réalisé au sein du laboratoire de Microbiologie, Géochimie et
Ecologie marine (LMGEM) du centre d'océanologie de Marseille. Je remercie vivement le Dr.
Richard Sempéré et le Pr. Ivan Dekeyser pour m'avoir accueillie dans leur établissement.

Je tiens à exprimer mes sincères remerciements au Dr. Sylvie Derrenne et au Pr. Alain Saliot
pour avoir accepté d'être les rapporteurs de cette thèse. Je les remercie vivement pour le temps
qu’ils ont consacré à la lecture de ce manuscrit ainsi que pour les précieuses remarques qu’ils
ont pu y apporter. Je remercie également sincèrement le Pr. Valérie Michotey, le Dr. John
Volkman ainsi que les Drs Jean-François Rontani et Patricia Bonin pour leur participation à
ce jury de thèse.

Parce que ce travail n’aurait pas pu être réalisé sans l’aide de collaborateurs extérieurs, je
tiens à remercier les Drs John Volkman, Stuart Wakeham et Fred Prahl, pour nous avoir
fourni les échantillons nécessaires à cette étude et de manière générale pour leur contribution
précieuse le long de ce travail.

Pour m'avoir appris les bases de la biologie moléculaire ainsi que pour m'avoir aidé dans mon
travail, je remercie Mme Sophie Guasco.

ème
Mes remerciements s’adressent également à toute l’équipe du 2 étage ainsi que tout ceux
qui ont partagé mes journées au sein du laboratoire : Danielle, Monique, Philippe, Cécile,
Valérie, Patricia, Cédric, Dany, Aude … et à ceux que j’oublie, tous ont su faire preuve d’une
grande disponibilité, de soutien et d’un accueil chaleureux.

Merci à Dany pour avoir pris le temps de lire mon introduction bibliographique.

Un merci particulier au Prs Philippe Cuny et Cécile Militon, avec qui j'ai encadré les travaux
pratiques de microbiologie, pour tous les bons moments passés, leurs sourires et pour leur
grande gentillesse.

J’adresse toutes mes amitiés aux thésards et stagiaires qui ont croisé ma route durant ces trois
années et je leur adresse mes sincères remerciements pour les fous-rires, les moments partagés
et les encouragements qu’ils savent prodiguer mieux que personne. Ure dédicace spéciale à
Cédric pour m’avoir guidé dans le laboratoire à mon arrivée.

Cette thèse a été conduite sous la direction du Dr. Jean-François Rontani et du Dr. Patricia
Bonin. J’ai conscience d’avoir eu beaucoup de chance de travailler sous leur tutelle durant
cette thèse et je leur adresse aujourd’hui mes remerciements les plus profonds :

Parce qu’elle a toujours su apporter un regard neuf et constructif sur mon travail, pour le
précieux temps qu’elle a su me consacrer malgré un emploi du temps chargé, pour son écoute
et sa gentillesse, je remercie chaleureusement le Dr. Patricia Bonin.

Je souhaite exprimer ma profonde gratitude au Dr. Jean-François Rontani. Pour tout ce qu'il a
su m'apporter, humainement et scientifiquement tout au long de ces trois années, du fond du
cœur, merci. L’enrichissement obtenu au contact de son travail, de sa passion et de son
efficacité scientifique n’a pas de prix. Merci pour le temps consacré et la patience dont il a
parfois dû faire preuve pour me communiquer son savoir. Je le remercie également de


m’avoir écoutée et soutenue dans ces moments de doutes et d’espoir.

Pour finir, je tiens à remercier tout ceux qui sont cachés dans l’ombre mais qui m’ont été d’un
grand soutien durant cette thèse :

Ma famille qui m’a toujours soutenue dans mes choix et m’a poussé à me surpasser en toutes
circonstances. Merci à Raphaël mon frère, Christine ma mère et un merci tout particulier à
Fatholah mon père à qui je dois tant. Parce qu’il a toujours cru en moi et que ses
encouragements ont su me porter jusqu’à ce jour.

Mes meilleures amies, Anne, Elodie et Angélique, pour ne s’être jamais lassé de m’entendre
parler de mes doutes, de mes interrogations et de mon travail.

Enfin le plus grand des merci à l’homme que j’aime, Ceydric. Pour avoir partagé cette
aventure de plus à mes côtés et pour avoir su me supporter et me motiver lors de mes journées
de doutes.







Sommaire
SOMMAIRE


23
:
…… ...........29
1. LES PALEOMARQUEURS…………………………………………………………………………………31
1.1. LA COMPOSITION FAUNISTIQUE ................................................................................................................. 32
1.2. LES ISOTOPES DE L’OXYGENE PRESERVES DANS LES FORAMINIFERES........................................................ 32
1.3. LES LIMITES DES PALEOMARQUEURS : COMPOSITION FAUNISTIQUE ET ISOTOPES DE L’OXYGENE .............. 33
1.4. LES BIOMARQUEURS MOLECULAIRES ......................................................................................................... 34
k'1.4.1. L' U ...................................................................................................................................................... 34 37
1.4.2. Le TEX .................................................................................................................................................. 35 86
1.4.3. Les HBI .................................................................................................................................................... 36
2. LES ALCENONES………………………………..………………………………………… ....................... 38
2.1. LA DECOUVERTE DES ALCENONES.............................................................................................................. 38
2.2. L’ORIGINE DES ALCENONES ....................................................................................................................... 39
2.2.1. L’origine des alcénones actuelles ............................................................................................................. 39
2.2.2. L’origine des alcénones à travers les temps géologiques.......................................................................... 42
2.3. LA STRUCTURE DES ALCENONES ................................................................................................................ 43
2.3.1. La structure carbonée des alcénones......................................................................................................... 43
2.3.2. La biosynthèse des alcénones ................................................................................................................... 45
2.4. LEUR ROLE................................................................................................................................................. 50
2.5. LES DIFFERENTES