METHANOGENES DANS LES SEDIMENTS DU LAC DE CADAGNO ET DU ROTSEE
4. LES SÉDIMENTS DU LAC DE CADAGNO ET DU ROTSEE
Avec des amorces spécifiques pour les Archaea, l'analyse des fragments amplifiés d'ADN ribosomique 16S montre très peu de phylotypes, par rapport aux fragments amplifiés avec des amorces spécifiques pour les bactéries ou les Delta-proteobactéries (Figure 4.2.6 B-C). De plus, la diversité des Archaea dans le sédiment du lac de Cadagno, était plus élevée en profondeur. Ce résultat est en opposition avec les résultats des bactéries ou de la communauté des Delta-proteobactéries, qui montraient une plus grande diversité à l'interface eau-sédiment pour le Rotsee, et à 4-4.5 cm de profondeur pour Cadagno. Dans le sédiment du Rotsee, deux populations d'Archaea étaient présentes à chaque profondeur (Figure 4.2.5 C), tandis qu'un autre phylotype apparaissait à 4-4.5 cm de profondeur. L'intensité de ce dernier augmentait avec la profondeur. Dans le sédiment du lac de Cadagno, trois populations d'Archaea étaient présentes à toutes les profondeurs.
Trois autres phylotypes y ont été détectés, mais uniquement entre 8 et 20 cm de profondeur (Figure 4.2.5 C).
L'analyse de regroupement des séquences avec le coefficient Jaccard donne des valeurs moyennes de similarité de 58.6 et 71.6% respectivement pour le Rotsee et le lac de Cadagno. La zone entre interface eau-sédiment et profondeur de 3.5 cm montre les mêmes profils des communautés des Archaea dans les deux lacs. Une diversification n'est visible qu'au-dessous de cette profondeur.
Après les comptages en microscopie à fluorescence (FISH), les valeurs des cellules totales obtenues avec la coloration DAPI ~ l'interface eau-sédiment étaient de 3.14 ± 0.43 et 10 ± 1.14 (x 1010 cellules [g sédiment{poids sec.r1) respectivement dans le lac de Cadagno et dans le Rotsee. Ce nombre diminuait à 0.78 ± 0.15 et 2.51 ± 0.324 (x 1010 cellules [g sédiment{poids sec.r1) respectivement, à 25 cm de profondeur. Les microorganismes appartenant au domaine Bacteria contribuaient en moyenne à 59 et 15%
de la communauté totale du lac de Cadagno et du Rotsee. Les bactéries sulfata-réductrices (BSR) dans Cadagno représentaient environ 55% de la communauté totale.
De plus, le profil montre une faible augmentation à 10 cm de profondeur, ce qui coïncide assez bien avec le pic de production du soufre. Dans le sédiment du Rotsee, ces mêmes microorganismes (BSR) représentaient 10% de la communauté totale et étaient présents en plus grandes quantités par rapport aux Archaea (4%).
4.3 DISCUSSION
TOC, TN, THAA et distribution des acides aminés
La concentration du TOC (carbone organique total) et des THAA (acides aminés hydrolysables totaux) dans les niveaux plus élevés des carottes de sédiment indiquent une très grande différence entre les deux lacs. En effet, ces concentrations étaient deux fois plus élevées dans le lac de Cadagno que dans le Rotsee.
A des profondeurs plus élevées, les concentrations de TOC et de THAA diminuaient assez rapidement dans le sédiment de Cadagno et lentement dans celui du Rotsee. Cette différence pourrait être causée par une meilleure minéralisation de la matière organique à l'interface eau-sédiment dans le Rotsee, par rapport à Cadagno.
Le rapport du THAA-C et du TOC au niveau de l'interface eau-sédiment dans les deux lacs ne variait pas. De plus, il diminuait faiblement avec l'augmentation de la profondeur.
Une telle diminution pourrait être due à une progressive dégradation de la matière organique jusqu'à des valeurs de 20-18%, valeurs que l'on peut retrouver dans une autre publication (1 0).
La concentration d'acides aminés individuels correspond assez bien à celle analysée dans un autre tavail sur un lac du delta du Danube (34 ). Grâce à d'autres études, on sait également que la phénylalanine, l'acide glutamique, la tyrosine, la leucine et l'isoleucine sont consommés dans les premières étapes de la minéralisation de la matière organique (5, 9, 18, 39). Après l'hydrolyse acide, tous les acides aminés devraient être en solution, mais une certaine quantité pourrait être adsorbée à la surface des minéraux et donc ne pas être biodisponible. En effet, Kawahata (2000) a démontré que l'acide glutamique représente 41% des acides aminés totaux, mais que seulement 1% de la concentration totale des acides aminés libres et dissouts est due à l'absorption et/ou à la réaction avec du carbonate biogène (22).
Vu que le pourcentage du contenu en carbonate dans le Rotsee est d'environ 50% du TOC (carbone organique total), la capacité d'absorption des groupes acides est élevée. La situation est complètement différente dans le lac de Cadagno, le contenu de carbonate étant de seulement 0.4%.
Un autre effet a été décrit par Nguyen et ses collaborateurs (2003), qui ont démontré que les acides aminés instables provenant des algues résistent à l'hydrolyse acide quand ils sont associés avec des macromolécules imperméables (30). Dans le lac de Cadagno une interférence comparable pourrait être celle des diatomées du mixolimnion ou encore celle
4. LES SÉDIMENTS DU LAC DE CADAGNO ET DU ROTSEE
des phototrophes anoxiques ou/et des bactéries sulfate-réductrices du chimiocline ou du monimolimnion qui atteignent le sédiment. Par conséquent, dans notre étude, le résultat du rapport THAA-C/TOC et de l'indice de dégradation (Dl), calculés à partir des valeurs du THAA pourraient être des indices trompeurs pour la qualité de la matière organique.
La concentration de la glucosamine peut être utile en tant qu'indicateur de l'état de dégradation de la matière organique dans différents sédiments (refractory) (1 0).
Dans le lac de Cadagno ainsi que dans le Rotsee, cette molécule représente une grande fraction des THAA. En effet, en fonction de la profondeur, le rapport THAA/glucosamine varie entre 34 et 2 dans le lac de Cadagno, et entre 37 et 26 dans le Rotsee. Des valeurs semblables ont déjà été observées dans les études de Haake et collaborateurs (1992) et Dauwe (1998) (10, 16). Pour cette raison ont peut affirmer que le lac de Cadagno et le Rotsee ont un état de dégradation similaire à la surface du sédiment, mais que le lac de Cadagno présente une plus grande dégradation de la matière organique en fonction de la profondeur, par rapport au Rotsee, pour lequel ce rapport varie peu.
Caractéristiques chimiques de l'eau interstitielle
Les analyses chimiques de l'eau interstitielle indiquent clairement que dans le lac de Cadagno, la sulfatoréduction est le processus dominant de dégradation de la matière organique. Ceci correspond à des études déjà effectuées auparavant (17, 25). Dans les niveaux plus superficiels du sédiment du Rotsee, les concentrations de sulfate étaient d'environ 30 1-JM, concentration qui, selon Lovley et Klug (27), permettrait aux bactéries sulfate-réductrices de maintenir une quantité d'acétate trop basse pour la croissance des Archaea méthanogènes. Mais il est également connu que la seule concentration de sulfate ne peut pas contrôler la prédominance de l'un des deux processus. De plus, les valeurs critiques mentionnées dans la littérature sont entre 30 et 2000 1-1M de
sol·
(44) et le nombre des Archaea méthanogènes identifiées dans les sédiments du Rotsee était relativement élevé (46). De toute manière, des valeurs d'acétate de 0.14 mM (dans le Rotsee), comparées avec celles, plus basses, du lac de Cadagno (6.4 IJM), ainsi que des concentrations de sulfate entre 30 et 60 1-JM, pourraient également permettre la prédominance des bactéries sulfate-réductrices dans les sédiments du Rotsee.Distribution verticale des communautés microbiennes
Les profils verticaux très prononcés des différents composants chimiques dans le sédiment du lac de Cadagno (HS-, Soi-, TOC, TN, THAA, et de 19 acides aminés) montrent des changements des conditions écologiques en fonction de la profondeur. Ceci génère forcément d'importantes variations au niveau des différentes populations de Procaryotes. Ces variations ont pu être mises en évidence grâce à l'apparition et la disparition des bandes dans les gels de la DGGE. Cette corrélation entre composants chimiques et populations de Procaryotes justifie également la faible variation des profils de DGGE aux différentes profondeurs du Rotsee, étant donné que les gradients des composants chimiques étaient moins prononcés. De plus, la biodisponibilité des composants organiques est en relation avec la distribution verticale et la densité des communautés microbiennes. En particulier, la diversité des populations des bactéries sulfate-réductrices (BSR) montrée dans les gels de la DGGE du lac de Cadagno (comme par ailleurs les comptages bactériens effectués avec les sondes SRB385 et SRB385Db ), est en parfaite relation avec les profils des composés du soufre. En effet, le nombre maximal de phylotypes de la DGGE a été détecté à 4-4.5 cm de profondeur, ce qui est en accord avec la production de sulfide ainsi qu'avec la zone de haute densité des comptages FISH effectués avec les sondes SRB385 et SRB385Db.
Dans les échantillons du Rotsee, les comptages des bactéries sulfate-réductrices diminuaient avec la profondeur, mais leur diversité exprimée en UPGMA des différents phylotypes était assez constante. Inversement, la diversité des Archaea méthanogènes supposées augmentait dans les deux lacs avec la profondeur du sédiment. Ceci est en accord avec l'augmentation de la concentration de méthane, mais en opposition avec la diminution des comptages de cellules avec la sonde ARCH915. Les profils de densité microbienne, obtenus avec la technique FISH, diminuaient généralement avec la profondeur (Figure 4.2. 7).
Dans le lac de Cadagno le nombre plus élevé des communautés totales se situait dans les premiers centimètres de sédiment. En revanche, les communautés microbiennes du Rotsee montraient une légère diminution de densité suivant la profondeur ainsi qu'un deuxième pic de dimension comparable au premier, à une profondeur majeure.
Les Archaea méthanogènes et les bactéries sulfate-réductrices ont été détectées en grandes concentrations dans les deux lacs. Cette situation ressemble à celle découverte dans un lac du delta du Danube (Zepp- Falz, résultats non publiés).
Les comptages des cellules totales, obtenus par coloration DAPI étaient comparables pour les deux lacs (Tableau 4.3.1 ). Les concentrations du TOC et des THAA pouvaient être