2-Plancton

Le mot plancton vient du grec ancien πλανκτός / planktós "errant, instable", de plankton "errer".

Selon Victor Hensen* (1887), le plancton est un groupe polyphylétique d'organismes généralement unicellulaires vivant dans les eaux douces, saumâtres et salées, le plus souvent en suspension et apparemment passivement : gamètes, larves, animaux inaptes à lutter contre le courant (petits crustacés planctoniques, siphonophores et méduses), végétaux et algues microscopiques. Les organismes planctoniques sont donc définis à partir de leur niche écologique et selon des critères phylogénétiques ou taxonomiques.

Voir Classification du vivant
Voir aussi Posidonie Posidonia

* Victor Hensen (1835-1924) est un biologiste allemand qui jeta les bases de l'océanographie biologique. Il est l'inventeur du mot "plancton". Son abréviation en botanique est Hensen.

Voir

Bathynome des fonds abyssaux
Éponge

Bien que le phytoplancton représente moins de 1% de la biomasse photosynthétique, il contribue pour environ 45% de la production primaire sur la planète Terre, fixant la moitié du CO₂ atmosphérique, et ayant fixé un tiers du carbone anthropique rejeté dans l'atmosphère dans le dernier siècle (XX^e), mais il semble en diminution régulière depuis la fin du XX^e siècle.

Daphnie Daphnia magna femelle (taille environ 4 mm) portant des œufs dans sa poche reproductrice

* Voir Mélange des eaux

La migration quotidienne du krill peut atteindre un kilomètre. Sa capacité à mélanger la colonne d'eau et à transporter verticalement des calories, microbes, sels, nutriments et oxygène et CO₂ pourrait donc dépasser celle du vent, ce qui invite à mieux prendre en compte ce processus dans les modèles de circulation océanique. Ce type de phénomène a peut-être contribué à l'évolution du vivant ; selon John Dabiri "il est maintenant clair que l'écologie animale doit être prise en compte dans les modèles de fonctionnement des océans modernes".

Le krill antarctique (Euphausia superba) est une composante importante du zooplancton

 

Définitions contemporaines du plancton

La définition de Hensen est perçue comme incomplète car elle n'inclut pas certains êtres. Des scientifiques ont proposé différents termes pour désigner une certaine partie des organismes vivant en milieu aquatique :

• le necton, capable de se déplacer activement horizontalement et/ou verticalement éventuellement contre le courant : poissons, cétacés, etc.
  L'ensemble constitué du plancton et du necton constitue le pélagos.
  Le caractère passif du déplacement est réputé être le seul critère valable pour caractériser l'appartenance au plancton, mais de nombreuses espèces planctoniques sont capables de se déplacer (flagelles, modifications de la densité des cellules, etc.) ;
• le tripton, appelé pseudoplancton par Davis ("Le plancton marin et d'eau douce" 1955), qui rassemble les éléments supposés morts (nécromasse) ou d'origine minérale ou organique (excreta, particules issues du plancton mort, etc.) ;
• Le seston, qui regroupe l'ensemble des particules, de toute nature, mortes (nécromasse) ou vives (biomasse), organiques ou inorganiques en suspension dans l'eau (seston = tripton + plancton). Le seston est notamment formé des excreta du plancton et des autres organismes, dont leurs excréments.

Plancton et nécromasse. Le plancton est à l'origine d'une biomasse considérable, mais aussi d'une nécromasse qui constitue une part importante de certains sédiments (la craie est la nécromasse fossile de plancton marin). La sédimentation de la nécromasse planctonique est un des puits de carbone planétaire, mais aussi une des voies qui a permis la détoxication des océans primitifs trop riches en certains sels, de calcium notamment, pour permettre une vie complexe sur les modèles que nous connaissons.

 

Types de plancton

Le plancton désignant l'ensemble d'organismes différents, il est incorrect de dire "un plancton" : on devrait préciser de quel organisme (taxon) on parle.

Deux grands règnes

Le règne est, dans la taxonomie de Linné, le plus haut niveau de classification des êtres vivants. Dans les classifications les plus récentes, le règne n'est plus que le deuxième niveau de classification du vivant, après le domaine ou l'empire.

1. Le plancton végétal ou phytoplancton

Le phytoplancton (du grec φυτόν / phutón "plante"), constitué d’algues microscopiques presque toutes unicellulaires, appelées de ce fait microalgues ou microphytes, est le point de départ de toute l'activité biologique de la mer, à la base de toutes les chaînes alimentaires aquatiques. Il se développe en utilisant l'énergie solaire (photosynthèse) et utilise le carbone inorganique (CO₂, CO) comme source de carbone.

Hormis pour le nanoplancton et le picoplancton (plancton de très petite taille)* il est essentiellement présent dans les couches superficielles de la mer (de 0 à 15 mètres de profondeur). 

* Le nanoplancton (2-20 μm) et les planctons de tailles inférieures - picoplancton 0,2-2 μm (bactéries et eucaryotes), femtoplancton < 0,2 μm (essentiellement des virus) - ont seulement été découverts dans les années 1980. Voir plus bas "Tailles variées du plancton"

Le phytoplancton détermine sa position, en surface ou entre deux eaux, en fonction de la quantité de lumière qu'il peut capter, indispensable à sa photosynthèse. Il est constitué d'algues microscopiques, formées d'une seule cellule ou de cellules réunies en chaînes, se multipliant par division cellulaire grâce à la lumière, au CO₂ et aux sels nutritifs. Elles produisent de grandes quantités d'oxygène nécessaire à la vie dans l'eau, mais aussi, par les échanges gazeux, participent à l'oxygénation de la planète. Pour se multiplier, le phytoplancton a besoin non seulement de soleil et de gaz carbonique, mais aussi d'éléments minéraux et d'oligoéléments variés et complexes, en particulier le phosphore et l'azote. Ces éléments proviennent de la décomposition, par des bactéries, des déchets organiques¹. Au sein du phytoplancton, les groupes les plus nombreux et les plus représentés en termes d'espèces sont les diatomées, les dinoflagellés² et les cyanobactéries.

1. Maëlle Thomas-Bourgneuf et Pierre Mollo L'Enjeu plancton : L’écologie de l’invisible (pp 21-23) Paris,
éditions Charles Léopold Mayer 2009 (ISBN 978-2-84377-147-7) PDF
2. Lucien Laubier Océan et Mers (vie marine) vie pélagique, éditeur Encyclopaedia Universalis 2008

2. Le plancton animal ou zooplancton

Le zooplancton (du grec ζῷον / zõon "animal"), constitué d'animaux microscopiques, est catégorisé en deux groupes selon leurs tailles et leurs rôles fonctionnels : le protozooplancton (constitué de protozoaires, HNF - acronyme anglophone de heterotrophic nanoflagellates, nanoflagellés hétérotrophes - et ciliés) et le métazooplancton (constitué de métazoaires tels que les Cnidaires, Cnétaires, Crustacés, mollusques, tuniciers, vers).

On peut aussi les diviser en deux catégories :

• Le zooplancton permanent ou holoplancton [en], constitué des organismes unicellulaires ou pluricellulaires qui naissent, se reproduisent et meurent en tant que zooplancton.
• Le zooplancton temporaire ou méroplancton, constitué des organismes ne passant qu'une partie de leur vie (vie larvaire) en tant que plancton. Ils quittent le monde du plancton en se métamorphosant : œufs puis larves d’animaux très variés (crustacés, coquillages, poissons…) se transforment en acquérant tous les attributs du futur adulte, tout comme la chrysalide devient papillon.

D'après le cycle biologique des organismes, l'holoplancton (plancton permanent) se reproduit par accouplement et se multiplie. Le méroplancton (plancton temporaire) concerne certains poissons, dont les œufs et larves forment l'ichtyoplancton, et de très nombreuses espèces marines telles que les homards, les crevettes les huîtres, les moules qui, à un moment donné de leur existence, passent par des stades larvaires très complexes. Les crustacés copépodes composent plus de 80% du zooplancton. Il remonte la nuit vers la surface pour se nourrir de phytoplancton et redescend pendant la journée vers les eaux plus profondes. Il échappe ainsi aux prédateurs et économise de l’énergie car la température est moins élevée.

Ce mouvement du zooplancton, qui contribue au brassage des eaux et des couches de températures variées ou diversement oxygénées est appelé "migration verticale" ou nycthémérale — un nycthémère (du grec νύξ, νυκτός / nýx, nyktós "nuit" et ἡμέρα / hêméra "jour") désigne une durée de 24 heures. Certains prédateurs du plancton suivent ces mouvements. Sur certains littoraux, et berges urbanisées, il est possible que certaines espèces de zooplancton puissent être affectées par la pollution lumineuse. Les migrations verticales sont biquotidiennes, mais parfois aussi plus ou moins saisonnières selon les régions du monde, jouant un rôle important dans le mélange des eaux océaniques et des eaux douces arrivant en mer. 

Bactéries et virus

• Le bactérioplancton est constitué de bactéries qui ont au moins une phase de vie libre en pleine eau. Notons que certains membres du bactérioplancton sont des cyanobactéries photosynthétiques. Ainsi, les cyanobactéries sont à la fois membres du bactérioplancton (ce sont des bactéries avec phase de vie libre en pleine eau) et membres du phytoplancton (leur métabolisme peut-être photosynthétique).
• Le virioplancton [en] est constitué de virus. Découvert tardivement, il est encore mal connu, de même que plus généralement le plancton de très petite taille (picoplancton et femtoplancton, 0,2–2 µm et < 0,2 µm).

À souligner toutefois, le virus n'est pas un organisme vivant mais une molécule de protéine avec à l’intérieur un tout petit peu de matériel génétique et recouverte d'une couche protectrice de lipide (graisse), qui, une fois absorbé par les cellules de muqueuses, change leur code génétique et les convertit en cellules d'agression et de multiplication.

 

Tailles variées du plancton

La très grande majorité du plancton est invisible à l’œil nu, mais les milliers d’espèces qui le composent représentent à elles seules la majeure partie de la biomasse des organismes marins. En d’autres termes, le plancton constitue la quasi-totalité du poids des habitants de la mer, poissons, crustacés et baleines compris !

De natures très diverses, les planctons végétaux et animaux ont des tailles variant de 0,2 microns à plusieurs centimètres, voire plusieurs décimètres pour les plus grands, comme les colonies de salpes, superorganismes tels que les siphonophores dont une espèce du genre Apolemia atteindrait près de 120 m de longueur totale, ce qui en ferait l'organisme vivant le plus long au monde. L’un des plus gros organismes planctoniques est la méduse Chrysaora, qui mesure 1 m de diamètre et 6 m de long.

Le plancton de grande taille ne renferme que des espèces animales (zooplancton), alors que les espèces végétales (phytoplancton) dominent les plus petites classes de taille.

Nanoplancton, picoplancton et femtoplancton constituent une part encore mal connue de la biodiversité marine. Ces catégories de taille (de 2-20 μm à < 0,2 μm) incluent de nombreuses espèces qui semblent pouvoir vivre à grande profondeur où l'intensité lumineuse est extrêmement faible. Certaines de ces espèces semblent avoir des rythmes de reproduction très lents ainsi qu'une durée de vie exceptionnellement longue (caractéristique qu'on retrouve aussi chez des organismes plus complexes des grandes profondeurs, dont certains poissons des grands fonds).

Voir Wikipédia

 

Vie de plancton

L’étude du plancton donne une véritable "échographie" des espèces du monde marin : micro-algues, œufs et larves de poissons, de mollusques, petits crustacés et autres invertébrés… Ce sont des milliards de milliards d’individus qui peuplent nos océans, mers, lacs, rivières et ruisseaux, dérivant entre deux eaux ou fixés sur les fonds.

Voir Adaptations du plancton à la vie pélagique (Wikipédia)

La productivité primaire, réalisée par le phytoplancton (algues planctoniques), dépend de la disponibilité en nutriments (azote, phosphore et selon les espèces de phytoplancton silicium), de la température et de la lumière dans l'eau. La productivité secondaire est liée à la biomasse du zooplancton (plancton animal) et à son efficacité de croissance.

cliché NASA, juin 2004

 

Plancton et réseau trophique

Le plancton est à la base de nombreux réseaux trophiques.

Le plancton est le premier maillon du réseau trophique marin. Le phytoplancton est consommé par le zooplancton et par une multitude d’organismes marins. Ils seront la proie de petits prédateurs eux-mêmes chassés par de grands prédateurs. Certains gros animaux comme la baleine et le requin pèlerin se nourrissent directement de zooplancton. Dans les eaux douces et plus encore dans les eaux saumâtres, le phytoplancton est une des bases principales des chaînes alimentaires.

Le plancton est la base de l’alimentation de tout individu marin. Comme le montre la pyramide alimentaire marine, 1000g de phytoplancton nourrissent 100g de zooplancton qui donnent 10g d’alevins (juvéniles) de poissons et crustacés qui permettent de produire 1g de poissons fourrage (petits poissons), ce gramme donnant 0,1g de thon.

Schématiquement il faut 10 tonnes de phytoplancton pour produire 1 kilo de thon.

Dans les eaux particulièrement turbides - la turbidité est leur teneur en matières qui les troublent - chargées de particules sableuses ou de vases en suspension, des types particuliers de plancton apparaissent, qui colonisent les particules en suspension, permettant une biomasse élevée malgré le fait que la turbidité ne permette pas la pénétration du soleil. Ces eaux sont généralement soumises à une agitation et ou à des courants importants qui les oxygènent.

Un cas particulier est celui du bouchon vaseux des estuaires, qui se meut au rythme des marées et des afflux d'eaux douces. Il sert de nurserie ou de protection et de zone de nourrissage aux alevins de certaines espèces. Il peut aussi concentrer certaines pollutions. La "pluie" ou "neige" que constituent les cadavres ou excréments de zooplanctons qui descendent passivement vers les fonds marins a une grande importance pour l'alimentation des espèces de grands fonds et pour les cycles biogéochimiques.

Certaines espèces planctoniques peuvent produire des toxines puissantes (dont botuliques), lesquelles peuvent être concentrées dans la chaîne alimentaire par les coquillages, organismes filtreurs ou certains poissons. Ces mêmes organismes peuvent aussi et en sus concentrer des toxiques modifiés et/ou bioaccumulés par le plancton tel le mercure méthyle, dont la quantité tend à augmenter régulièrement chez les poissons prédateurs et cétacés, de manière très préoccupante pour la santé des consommateurs humains et des écosystèmes marins.

Dans certaines conditions (apports élevés de nutriments, généralement des matières organiques, nitrates ou phosphates), un "excès" de plancton conduit à une situation d'eutrophisation, voire de dystrophisation, c'est-à-dire de mort ponctuelle ou durable de la plupart des organismes aquatiques. L'ONU a identifié une centaine de zones mortes (Dead zone) dont en mer Baltique. Dans ces zones, l'eutrophisation peut être combinée à d'autres types de pollution ou de perturbation.

 

Plancton, climat et oxygène

Le plancton interagit avec le climat local et global dont en intervenant dans le cycle du carbone via la photosynthèse, mais aussi en émettant après sa mort des molécules soufrées qui contribuent à la nucléation de la vapeur d'eau en gouttes de pluie, c'est-à-dire à la formation des nuages et des précipitations et en déplaçant ce carbone dans la colonne d'eau. Le plancton a une influence sur la formation des nuages, et secondairement sur les apports terrigènes à la mer par le ruissellement (voir article de Wikipédia sur le diméthylsulfure). La biomasse planctonique par litre d'eau est en moyenne bien plus importante dans les eaux froides, même sous la calotte glaciaire, que dans les eaux chaudes tropicales, si elles sont éloignées de sources d'oligo-éléments tels que les apports volcaniques des atolls coralliens. Les phénomènes de remontée d'eau des profondeurs (upwellings) et d'endo-upwellings sont à l'origine de la répartition des masses de planctons qui conditionnent les espèces des réseaux trophiques supérieurs. Des modifications importantes sont observées depuis près d'un siècle, mais la part des impacts de la surpêche et des pollutions (nitrates, phosphates, pesticides, métaux lourds, turbidité, pollution thermique...) dans ces phénomènes est encore difficile à déterminer... Détaillé dans Wikipédia

Selon les données "couleur de l'océan" et l'indice de végétation terrestre par différence normalisée obtenu par la détection des teneurs en chlorophylle par réflectance via des satellites, la production primaire brute dans l'océan mondial (autrement dit la quantité de carbone fixée par les organismes marins photosynthétiques et la production d'oxygène) est sensiblement égale à celle sur les terres émergées, bien que la biomasse primaire océanique soit environ 500 fois moins importante que la biomasse terrestre, ce qui traduit la très grande efficacité du phytoplancton océanique. Les forêts concentrent 50% de la photosynthèse terrestre (34% pour les forêts tropicales et 16% pour la forêt amazonienne), ce qui conduit à utiliser abusivement la métaphore "poumon de la Terre" ou "poumon vert".

Cependant, leur production primaire nette (bilan photosynthèse-respiration) est nulle du point de vue de l'oxygène alors que le phytoplancton océanique, qui ne constitue que de 1 ou 2 % de la biomasse végétale mondiale, produit, via la photosynthèse, de 60 à 80 % de l'oxygène atmosphérique, ce qui vaut aux océans d'être qualifiés à raison de "poumon bleu"^1,2.

1. Eric Karsenti et Dino Di Meo, Tara océans, Actes Sud 2012, p.87
2. Éclosarium. À la découverte du phytoplancton sur letelegramme.fr (13/07/2011)

Grâce à la photosynthèse effectuée par le phytoplancton, l'océan stocke le CO₂ dissous dans la couche superficielle et rejette l'oxygène dans l'air. Environ un tiers du CO₂ de l'air est absorbé par les mers et les océans grâce au phytoplancton (Commission Océanographique Intergouvernementale de l'Unesco) soit autant que par tous les végétaux terrestres et les plantes aquatiques - le dernier tiers étant celui qui serait responsable de l’augmentation des gaz "à effet de serre" dans l'atmosphère (Michael Behrenfeld, Université de l'Oregon, in le journal Nature du 7 décembre 2006). Plus de 150 scientifiques, originaires de 26 pays, ont lancé un appel international pour stopper l'acidification des océans, due à l'absorption en grande quantité de CO₂, car elle menace les écosystèmes marins, notamment par la dissolution de nombreux organismes planctoniques à squelettes de calcaire). Voir Wikipédia

 

Histoire du plancton

Les microfossiles permettent d'étudier comment le plancton a évolué au sein de la biodiversité marine. Ils confirment l'importance des liens entre climat et plancton, et ont montré que lors des grandes extinctions massives, le plancton aussi a été fortement affecté. En particulier, une étude récente qui a comparé le contenu en microfossiles de nanoplancton de 823 carottes de sédiments marins provenant de 17 forages océaniques faits dans les hémisphères nord et sud. On a constaté qu'à la "limite Crétacé-Tertiaire" (dernière grande crise d'extinctions), ce sont 93 % des espèces de nanoplancton possédant un test calcaire qui ont subitement disparu, avec une extinction plus rapide et plus massive dans l’hémisphère nord. Ceci est un indice de plus en faveur de l'hypothèse d'une cause qui serait la chute d'un gros astéroïde au Yucatán, d'autant que les dates sont corrélées avec une extinction massive d'espèces végétales terrestres en Amérique du Nord. À la suite de cet évènement catastrophique, la diversité du nanoplancton est restée dans l’hémisphère nord beaucoup plus faible durant environ 40 000 ans et il lui a fallu près de 270 000 ans pour retrouver son niveau initial. Sa diversité est encore aujourd'hui plus importante dans l'hémisphère sud. Lors de cette extinction, le nanoplancton photosynthétique a aussi été fortement touché, ce qui laisse supposer que l'impact et les incendies ont libéré une grande quantité de métaux toxiques dans l'air et l'océan, qui aurait touché l'hémisphère nord, plus que la moitié sud de la planète. Le cuivre est toxique pour le plancton à très faible dose (quelques parties par milliard), mais du nickel, du cadmium et fer ont sans doute aussi été libérés en grande quantité, ainsi peut-être que du chrome, de l'aluminium et surtout du mercure et du plomb dont les effets toxiques, presque universels sont bien connus (Des traces de la météorite tueuse de dinosaures dans le nanoplancton Synthèse proposée par legeologue.com)

Menaces sur le plancton. Voir Wikipédia

 

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Glossaire

• Pélagos/Benthos dans Plancton du Monde
• Phytoplancton = plancton végétal = microalgue = algue microscopique
  = algue unicellulaire = organisme végétal unicellulaire.
• Zone benthique dans Bathynome des fonds abyssaux
• Zooplancton = plancton animal = organisme animal microscopique.

Sources 

Plancton du Monde [archive]
Wikipédia (très intéressant, à consulter aussi pour plus d'infos !)

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