Récif

Nature (2023)Citer cet article

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Les récifs coralliens sont des écosystèmes très diversifiés qui prospèrent dans des eaux pauvres en nutriments, un phénomène fréquemment appelé le paradoxe de Darwin1. La demande énergétique des hôtes animaux coralliens peut souvent être entièrement satisfaite par la production excédentaire de photosynthétiques riches en carbone par leurs symbiotes algales2,3. Cependant, la compréhension des mécanismes qui permettent aux coraux d’acquérir les nutriments vitaux, l’azote et le phosphore, auprès de leurs symbiotes est incomplète4,5,6,7,8,9. Nous montrons ici, grâce à une série d'expériences à long terme, que l'absorption d'azote inorganique et de phosphore dissous par les symbiotes est à elle seule suffisante pour soutenir une croissance rapide des coraux. Ensuite, en considérant les bilans d'azote et de phosphore de l'hôte et des symbiotes, nous identifions que ces nutriments sont collectés via « l'agriculture » des symbiotes et sont transférés vers l'hôte par digestion des cellules symbiotes en excès. Enfin, nous utilisons une expérience naturelle à grande échelle dans laquelle les oiseaux de mer fertilisent certains récifs mais pas d'autres, pour montrer que l'utilisation efficace des nutriments inorganiques dissous par les coraux symbiotiques établis dans nos expériences en laboratoire a le potentiel d'améliorer la croissance des coraux à l'état sauvage. niveau de l’écosystème. Se nourrir de symbiotes permet aux animaux coralliens de puiser dans un important réservoir de nutriments et contribue à expliquer le succès évolutif et écologique des coraux symbiotiques dans les eaux limitées en nutriments.

Les coraux symbiotiques fonctionnent comme des mixotrophes dans lesquels la demande métabolique en carbone de l'hôte animal peut souvent être satisfaite par la translocation de produits photosynthétiques riches en carbone à partir de leurs symbiotes dinoflagellés2,3. Même si ce transfert de carbone soutient la production énergétique du pays hôte, il ne peut pas favoriser sa croissance10. Au lieu de cela, on pense que l’hôte absorbe l’azote (N) et le phosphore (P) selon une stœchiométrie favorable, nécessaire pour produire les éléments constitutifs essentiels à la croissance et à la reproduction, principalement en se nourrissant de matières particulaires ou dissoutes, notamment de plancton et d’acides aminés libres dissous11. ,12,13. Les symbiotes bénéficient de l’hétérotrophie de l’hôte en recyclant les produits d’excrétion riches en N et en P du métabolisme de l’hôte qu’ils peuvent ensuite utiliser pour favoriser leur propre croissance11,12,14. La rétention de ces précieux composés au sein de l’association symbiotique est considérée comme l’autre fonction principale du partenaire photosynthétique10.

Les animaux coralliens ont la capacité d’incorporer directement de l’ammonium (NH4+)15,16. Cependant, cette voie d’absorption directe est quantitativement triviale par rapport aux taux d’assimilation de NH4+ 14 à 23 fois plus élevés de leurs symbiotes16. En revanche, les hôtes coralliens ne peuvent pas assimiler directement le nitrate (NO3) car les tissus animaux ne disposent pas des enzymes nécessaires15,17. Par conséquent, l’absorption et l’assimilation du NO3 se font exclusivement par l’intermédiaire des symbiotes18. Il en va de même pour le phosphore sous sa forme inorganique dissoute (PO4)11. La mesure dans laquelle l'acquisition de N et de P par les symbiotes contribue à la croissance de l'hôte n'est pas claire et la connaissance de la répartition des nutriments reste incomplète. Des études antérieures utilisant des symbiotes isolés suggéraient que seules de petites quantités de N sous forme d'acides aminés étaient libérées par les cellules symbiotes et pourraient être disponibles pour l'hôte5,7,8,9. Plus récemment, des expériences de spectrométrie de masse d'ions secondaires à l'échelle nanométrique (NanoSIMS) ont visualisé la translocation du 15N du symbiote, site important de l'absorption de N, vers l'hôte16,18. En outre, la translocation de quantités substantielles de N du symbiote vers l’hôte a été observée dans un corail Acropora à l’état sauvage6. De plus, des études récentes indiquent que des quantités considérables d'acides aminés riches en N dans le tissu hôte proviennent des symbiotes16,19,20,21. À l’heure actuelle, il n’existe aucune preuve du transfert de phosphore du symbiote à l’hôte11. En fait, les symbiotes sont considérés comme un puits de phosphore au sein de la symbiose4. Par conséquent, les connaissances actuelles ne peuvent pas expliquer les effets favorisant la croissance de l’hôte du N et du P inorganiques dissous décrits par plusieurs études sur les coraux en milieu expérimental et dans l’environnement naturel22,23,24,25,26,27,28,29. Par conséquent, un mécanisme clé contrôlant la productivité des récifs coralliens du monde reste insuffisamment compris ; un fait particulièrement préoccupant car les nutriments inorganiques dissous peuvent représenter localement ou temporairement les sources les plus importantes de N ou de P dans les eaux tropicales autrement pauvres en nutriments (Extended Data Fig. 1).