Résumé:
Dans l’océan, l’azote constitue l’un des éléments majeurs limitant la croissance du phytoplancton, et l’étude des processus intervenant dans son acquisition est d’une importance capitale dans la compréhension des flux de matière. Il est maintenant reconnu que le modèle Michaëlien, utilisé à l’origine pour représenter l’effet de la concentration d’un nutriment sur son taux d’absorption, s’avère insuffisant dans le cas où d’autres facteurs présentent des variations temporelles, comme la lumière en cycles diurnes. Dans ce cas, le statut physiologique (réserves nutritionnelles et énergétiques) intervient comme élément de régulation endogène. Le but de ma thèse était d’identifier dans quelle mesure le cycle cellulaire conditionne lui aussi la prise d’azote, et, le cas échéant d’évaluer l’impact de cette propriété au niveau macroscopique. Pour cela, nous avons réalisé des expériences en cultures continues de la diatomée Thalassiosira weissflogii soumise à différentes conditions de lumière et d’azote. Un suivi à haute fréquence du cycle cellulaire, du nombre de cellules, de la concentration en nitrate, et des quotas en azote, carbone, chlorophylle a, sucres et protéines nous ont permis de différencier les effets du cycle cellulaire de ceux des variables externes sur la prise de nitrate.
Nos résultats montrent que les forçages externes (lumière et nitrate) et le statut physiologique ne permettent pas à eux seuls d’expliquer le processus d’acquisition d’azote. Nous montrons que la mitose est un processus majeur à prendre en compte, puisqu’il s’accompagne d’une réduction de la prise de nitrates quelles que soient les conditions de croissance. Le point sous-jacent est la détermination de l’entrée en mitose des cellules dans la journée. Nous montrons que les conditions de croissance ont un impact sur la longueur du cycle cellulaire via des vérifications des statuts azoté et énergétique effectuées en G1 et G2. Nos résultats suggèrent toutefois qu’une horloge interne restreint la phase de division à deux fenêtres temporelles dans la journée, le statut physiologique des cellules ne déterminant que la proportion de la population qui entre en mitose au sein de chaque fenêtre.
Nos expériences montrent également que les conséquences macroscopiques de ces propriétés individuelles sont fonction du degré de synchronisation de la population (proportion de cellules effectuant simultanément leur mitose). Celui-ci est réduit lorsque les conditions nutritionnelles ou lumineuses deviennent sub-optimales pour la croissance, ce que nous interprétons comme étant la manifestation d’une variabilité individuelle exacerbée par des capacités d’acclimatation différentes. Les hypothèses et conclusions de ce travail sont ensuite discutées d’un point de vue évolutif. Finalement, nous proposons différents modèles du cycle cellulaire afin d’évaluer le gain de représentativité obtenu par une complexification des modèles de croissance classiques. Différents niveaux de complexité sont proposés à partir de nos hypothèses biologiques, et testés sur d’autres données.
