Plancton Planète

OCEANOGRAPHIE 2.0

Vision

Tirer parti de la curiosité et de la créativité des marins et des scientifiques pour prélever du plancton océanique à des échelles sans précédent, afin d’évaluer en profondeur la santé, la biodiversité et l’évolution des océans

Qui?

Nous sommes une équipe complémentaire de chercheurs, d’ingénieurs et de marins engagés, originaires des États-Unis, de France et de Nouvelle-Zélande, convaincus qu’améliorer notre connaissance et notre compréhension de la vie dans les océans est essentiel pour la durabilité de l’humanité sur la planète bleue. ‘Plancton Planète’ (www.planktonplanet.org) est une organisation internationale à but non lucratif qui travaille en étroite collaboration avec la Fondation Tara (France et États-Unis) qui gère les expéditions scientifiques de la célèbre goélette Tara (oceans.taraexpeditions.org).

Mission

Développer des outils conviviaux innovants pour soutenir une Océanographie 2.0 citoyenne durable, alimenté par le vent, fournissant de nouvelles connaissances essentielles sur l’écologie, la morphologie et la génétique du plancton, qui seront universellement accessibles aux scientifiques, aux enseignants et aux décideurs.

À long terme, Plancton Planète créera :
  • Une flotte internationale de planctonautes pour agir en tant que sentinelles et conscience collective de la santé biologique de nos océans
  • Une boîte à outils d’instruments simples et scientifiquement pertinents pour l’évaluation de la biodiversité aquatique (marine et eau douce) par les citoyens.
  • Une banque cryogénique d’échantillons d’ADN de l’Océan global en constante croissance, une archive unique représentant la mémoire de nos océans en mutation pour les générations et les technologies futures.
  • Un flux continu d’images et de données génétiques océaniques normalisées à des échelles spatiales, temporelles et taxonomiques sans précédent, essentielles pour la science fondamentale et appliquée, les décideurs et l’éducation.

Pourquoi ?

Chaque litre d’eau de mer contient entre 10 et 100 milliards de formes de vie planctoniques, formant un extraordinaire écosystème mondial qui génère la moitié de l’oxygène planétaire, soutient la vie marine et régule les climats. Comprendre et modéliser la structure et la dynamique du plancton mondial est essentiel pour prédire l’avenir de notre biosphère et apprendre à vivre en synergie avec notre vaisseau spatial, le système Terre.

L’échantillonnage de la vie océanique est entravé par le coût extrême, la flexibilité logistique limitée et l’empreinte carbone élevée des navires de recherche océanographique classiques. L’expédition Global Ocean Sampling (GOS) à bord du yacht Sorcerer II (2004-2008) a ouvert la voie à une nouvelle marque d’océanographie basée sur l’utilisation de bateaux à voile. Nous avons étendu ce concept via les expéditions Tara Oceans (TO, 2009-2014), au cours desquelles nous avons échantillonné des communautés de plancton total (des virus aux

animaux) à travers le monde à bord de Tara. Les deux programmes ont profondément modifié notre vision de l’extraordinaire biodiversité de l’écosystème planctonique mondial. Cependant, pour bien comprendre la dynamique et l’évolution du plancton mondial, il faudra un effort d’échantillonnage beaucoup plus important, ce qui permettra d’accroître la couverture spatio-temporelle dans un océan en rapide mutation.

Dans Plankton Planet, nous promouvons une océanographie 2.0 révolutionnaire à faible coût, respectueuse de l’environnement et engageante pour la société, en fournissant les outils permettant de connecter les océanographes aux milliers de «citoyens bleus» (seatizen) qui naviguent à travers les océans à un moment donné. L’objectif est de réaliser un échantillonnage global holistique de la vie du plancton à un niveau de sensibilité sans précédent, permettant infine une modélisation mathématique robuste en vue d’un océan prévisible.

Figure 1. A. Planctonautes pionniers; de gauche à droite: Kids For Sea, Folligou, Nika, Student On Ice, Karukera, Gwalarn, Race For Water, Uhambo, Thethys. B. Plancton Planète-kit pour l’échantillonnage du plancton. C. Trajectoires océaniques mondiales des 20 principaux voiliers ayant testés les protocoles en version β Plancton Planète en 2015-2016.

Comment ?

En 2015/16, en moins de 24 mois et pour un coût total de 70 000 €, nous avons apporté la preuve de concept en engageant une flotte de 42 équipages de bateaux pionniers (Fig.1A) sur les océans du monde (Fig.1C). Ces Planctonautes ont prélevé du plancton avec un kit simple ne nécessitant ni produits chimiques ni électricité (Fig.1B), et ont expédié des échantillons de plancton séché de

325 sites d’échantillonnage à travers le monde sont envoyés vers nos laboratoires. Nous avons extrait l’ADN total de ces échantillons de plancton et séquencé des millions de codes à barres d’ADN (Fig.2A), et nous avons prouvé que les données permettaient la détection et la quantification des communautés de plancton total à partir de n’importe où dans l’océan (Fig.2B, C) et qu’ils peuvent être utilisés pour contraindre la modélisation des écosystèmes.

Figure 2.A. Les codes barres d’ADN générés à partir d’échantillons de plancton citoyens permettent B. un catalogage complet des taxons du plancton à chaque point d’échantillonnage, ainsi que C. une reconstruction du réseau social des espèces de plancton.

Nous optimisons actuellement une suite d’outils et de protocoles simples qui permettront aux citoyens de générer des données écologiques, morphologiques et génétiques de pointe sur l’océan mondial (Box1).

Le coût du kit Plancton Planète final sera <1k € par bateau, ce qui permettra son déploiement sur des centaines de voiliers.

Box1
Principaux défis en matière de R&D

Développer :

  • Un filet de plancton à grande vitesse </ i> permettant de collecter des échantillons de plancton non endommagés à une vitesse de 5 à 7 nœuds, sans impact sur la vitesse du bateau. 
  • Un planctoscope “</ i> permettant de réaliser une imagerie quantitative en mer d’échantillons de plancton frais avant leur stockage en vue d’une extraction de leur ADN / ARN total et d’analyses génétiques ultérieures en laboratoire. 
  • Apps </ i> pour intégrer les données écologiques, morphologiques et génétiques collectées  en mer via une interface transparente avec les plates-formes universelles de partage de données.

Et ensuite ?

En 2018-2019, nous allons finaliser la R&D et les tests bêta en mer du nouveau kit Plancton Planète et ainsi être prêts pour la mise en œuvre du programme complet sur les principales boucles de navigation dans le Pacifique et les océans polaires de 2020 à 2025 (Fig.3). ). Ce plan initial est conçu pour traiter des questions d’actualité en écologie océanique et pour tester les modèles et théories actuels prédisant les modèles de biodiversité

fonctionnalité. Sur la base des réactions entre ces données uniques et les efforts de modélisation, nous affinerons ensuite la densité et la fréquence d’échantillonnage optimales pour le déploiement à long terme du protocole Plancton Planète sur 5 boucles de navigation qui traversent les océans du monde (Fig.3).

Figure 3. Plan de mise en œuvre du protocole Plancton Planète sur 5 boucles de navigation pour une surveillance mondiale et à long terme, autonome et durable, de la dynamique et l’évolution de la vie du plancton.

Box2
Produits Plancton Planète

À long terme, Plancton Planète créera:

  • Une flotte internationale de planctonautes agissant comme des sentinelles et une conscience collective de la santé biologique de nos océans
  • Une boîte à outils contenant des instruments simples et scientifiquement pertinents pour l’évaluation de la biodiversité aquatique (marine et eau douce) par les citoyens.
  • Une cryo-banque d’échantillons en perpétuelle croissance, une archive unique représentant la mémoire de nos océans en mutation pour les générations et les technologies futures.
  • Un flux continu d’images et de données génétiques normalisées pour l’imagerie des océans à des échelles spatiales, temporelles et taxonomiques sans précédent, essentielles pour la science fondamentale et appliquée, les décideurs et l’éducation.

Dans quel but ?

Les données Plancton Planète favoriseront les avancées clés dans :

Science du ciel bleu: (i) suivi exceptionnel à long terme du changement de la biodiversité du plancton total et de l’évolution de notre océan en rapide mutation (analyse des impacts du réchauffement, de l’acidification, de la désoxygénation); (ii) une nouvelle compréhension des structures, des fonctions et des comportements du plancton via les millions d’images et de films d’organismes planctoniques générés par les planctoscopes; (iii) l’incorporation (par exemple via l’utilisation de l’intelligence artificielle) de données biologiques de haute résolution à l’échelle mondiale aux efforts actuels et futurs visant à modéliser la dynamique des écosystèmes océaniques et les interactions océan-climat, des gènes aux cycles biogéochimiques.

Science appliquée et politiques: (i) détection d’espèces envahissantes, toxiques ou économiquement pertinentes

à l’échelle planétaire; (ii) la mise en relation des données sur les communautés de plancton (y compris les gamètes et les larves de poissons) avec les données de capture de poissons pour une prévision robuste des stocks de poissons; (iii) évaluation des zones biogéographiques océaniques («paysages marins») en vue de la conception optimale des zones de protection marines en haute mer (écosystèmes, par exemple, à haute capacité de pompage de carbone).

Education: (i) prise de conscience collective des microbiomes océaniques et de leur impact planétaire, à la fois directement (planctoscope et ‘biggie maker’) et indirectement via des images et des films partagés sur le plancton. Des outils pédagogiques seront notamment distribués par les Planctonautes dans les pays et les îles éloignés dont les communautés interagissent avec l’écosystème marin et dépendent de celui-ci.