Une micro-structure découverte dans les eaux de l’Eel River, en Californie, révèle que la diatomée Epithemia, cycle de nutriments, saumons, écosystème, Californie jouent un rôle majeur : de minuscules diatomées et leurs bactéries partenaires forment une « usine à nutriments » naturelle qui alimente insectes et saumons sans engrais ni pollution.
Diatomée Epithemia et cycle de nutriments observés dans l’Eel River (Californie)
Des chercheuses et chercheurs de Northern Arizona University (NAU) et de l’Université de Californie Berkeley ont publié une étude dans Proceedings of the National Academy of Sciences montrant qu’un partenariat entre une diatomée et des bactéries fixe l’azote atmosphérique et le transforme en nourriture pour la chaîne trophique riveraine. Cette « machine à azote propre » fonctionne sans rejets polluants et soutient la productivité des rivières, notamment en fournissant des ressources aux insectes aquatiques dont se nourrissent les jeunes saumons.
Au cœur de la découverte se trouve Epithemia, une diatomée unicellulaire à coquille siliceuse, de couleur brun doré, « plus petite qu’un grain de sel de table et à peu près de la largeur d’un cheveu humain ». Chaque cellule héberge des bactéries dans des compartiments appelés diazoplastes, qui fixent l’azote atmosphérique et le rendent assimilable par les plantes.
Le mécanisme décrit par l’équipe est un échange étroit : la diatomée capte la lumière et produit des sucres ; les diazoplastes consomment ces sucres pour convertir l’azote de l’air en nutriments, que la diatomée utilise ensuite pour soutenir la photosynthèse. « This is nature’s version of a clean nutrient pipeline, from sunlight to fish, without the runoff that creates harmful algal blooms, » a déclaré Jane Marks, professeure de biologie à NAU et auteure principale de l’étude.
Impact sur la chaîne alimentaire et observations sur le terrain
Sur le terrain, les chercheurs ont observé que, vers la fin de l’été, des brins d’algue verte Cladophora sont recouverts d’Epithemia rouille‑rouge le long de l’Eel River. À ce stade, ces associations algue‑bactérie peuvent fournir jusqu’à 90 % de l’azote neuf entrant dans le réseau trophique de la rivière, alimentant les herbivores aquatiques et, par effet domino, les saumons.
Mary Power, coauteure et directrice du Angelo Coast Range Reserve de l’UC Berkeley, a insisté sur l’importance des interactions écologiques : « When native species thrive in healthy food webs, rivers deliver clean water, wildlife and essential support for fishing and outdoor communities. » Les images avancées et les suivis isotopiques menés par l’équipe ont permis de visualiser cet échange d’énergie et de nutriments à l’échelle microscopique.
Mike Zampini, chercheur postdoctoral à NAU et responsable du traçage isotopique, a résumé le fonctionnement : « It’s like a handshake deal: Both sides benefit, and the entire river thrives. »
Présence mondiale et applications potentielles
Les auteurs soulignent que Epithemia et des associations comparable diatomée‑diazoplaste existent dans des rivières, lacs et océans du monde entier, souvent dans des environnements pauvres en azote. Elles pourraient donc accroître discrètement la productivité d’autres écosystèmes aquatiques.
Outre leur rôle écologique, ces échanges propres et efficaces d’azote pourraient inspirer des innovations technologiques. L’étude mentionne des pistes comme des biocarburants plus efficaces, des engrais naturels non polluants ou même des plantes cultivées capables de produire leur propre azote, réduisant ainsi les coûts agricoles et les impacts environnementaux.
Jane Marks a conclu sur le lien entre recherche et conservation : « When nature engineers solutions this elegant, Marks said, it reminds us what’s possible when people, places and discovery come together. »
Équipe de recherche, publications et financements
Parmi les autres chercheurs impliqués : Bruce Hungate et Egbert Schwartz (NAU), Michael Wulf et Victor Leshyk (personnel), les doctorants Raina Fitzpatrick et Saeed Kariunga; Steven Thomas et Augustine Sitati (University of Alabama); Ty Samo, Peter Weber, Christina Ramon et Jennifer Pett‑Ridge (Lawrence Livermore National Laboratory). Le travail a été partiellement financé par une subvention du programme Rules of Life/Microbiome de la National Science Foundation (n° 2125088).
La recherche au Lawrence Livermore National Laboratory a été conduite dans le cadre du contrat du U.S. Department of Energy DE‑AC52‑07NA27344. Référence de l’article : Jane C. Marks et al., « Ecosystem consequences of a nitrogen‑fixing proto‑organelle », Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; 122 (37), DOI 10.1073/pnas.2503108122.