Plancton Planète

OCEANOGRAPHIE 3.0

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?

Né en France à la Station Biologique de Roscoff, Plankton Planet est une initiative internationale à but non lucratif, réunissant des partenaires académiques (CNRS, MIT, Stanford University, University of Maine, University of Auckland) et citoyens (Fondation Tara Océan, France-USA ; Association Plankton Planet, France).

Notre vision est de décloisonner les mondes de la recherche scientifique, des « makers », des marins, et même des artistes et philosophes, pour les faire converger vers un but commun : découvrir, mesurer et raconter la vie dans l’eau de mer pour évaluer la santé de l’océan mondial et pouvoir à terme prédire son évolution.

C’est dans la créativité complémentaire et la synergie de ces communautés que nous trouverons l’énergie nécessaire pour mesurer le plancton planétaire.

Mission

Développer des outils conviviaux innovants pour soutenir une Océanographie 3.0 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 environ 50% de l’oxygène planétaire, soutient la vie marine, et régule le climat. Or aujourd’hui, cet écosystème se transforme rapidement sous la pression des changements climatiques : réchauffement, acidification et dé-oxygénation des masses d’eau marine, en plus des changements de courants, de la surpêche et des pollutions en provenance des côtes. Les transformations de l’écosystème ‘plancton’ vont avoir un impact majeur sur de nombreuses activités humaines (pêche, tourisme, etc.), mais avant tout sur notre biosphère : l’avenir de l’humanité en dépend.

Il est donc plus qu’urgent de comprendre l’évolution et le fonctionnement de l’écosystème « plancton » : qui sont les espèces planctoniques ? et comment est-ce qu’elles migrent, se transforment, disparaissent, et interagissent pour former des réseaux de vie capables ou pas de résister aux changements climatiques et même de transformer leur environnement ?

Le verrou principal à cette connaissance fondamentale est simple : jusqu’à récemment nous n’avions pas les instruments et technologies pour mesurer la vie planctonique.

Depuis 2009, dans le projet « Tara Oceans », nous avons mis au point des protocoles de séquençage ADN et d’imagerie automatiques du plancton, mis en œuvre sur la goélette Tara lors de 3 expéditions planétaires. Nous avons déchiffré l’extraordinaire diversité du plancton mondial, des virus aux animaux, des gènes aux morphologies des organismes. Nous avons établi une base de données de référence (baseline) du plancton planétaire, tout en démontrant la faisabilité d’une océanographie en bateau à voile.

Mais comprendre la dynamique et l’évolution du plancton va demander un bien plus grand effort d’observation et d’échantillonnage à travers l’espace et le temps de l’océan qui change au rythme du climat. Cet effort d’observation global est impossible à réaliser avec les navires de recherche océanographiques, trop coûteux (~30-40 000 €/jour) et inflexibles.  Dans le programme « Plankton Planet », nous développons une océanographie 3.0, citoyenne et abordable, permettant d’atteindre cette mesure globale et pérenne de la vie et des éco-systèmes océaniques.

C’est dans ce cadre que s’inscrit le projet collaboratif « IMPOLS » – IMoca Plankton Ocean Life Survey.

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 ?

Nous développons une nouvelle génération d’instruments à faible coût, simples d’usage, ludiques, et avant tout scientifiques et standardisés, pour que les citoyens des mers (les seatizens !) puissent à la fois découvrir et mesurer la vie océanique, et se transformer en “planctonautes”.

Les planctonautes peuvent être des plaisanciers, des professionnels de la course au large, tout comme des pêcheurs ou des équipages de cargos. Le prix modeste des instruments développés par Plankton Planet permet d’équiper des centaines, et pourquoi pas des milliers de bateaux, le challenge principal étant de fidéliser les planctonautes et pérenniser une mesure globale et homogène de l’océan.

En 2015-2016, nous avons validé le concept avec le recrutement de 20

équipages de planctonautes qui ont réalisé un échantillonnage de plancton sur plus de 250 sites couvrant les océans planétaires, suivi d’analyses génétiques démontrant la fiabilité du protocole.

Aujourd’hui, nous développons le « Plankto-Kit », une sorte de mini-laboratoire embarqué qui comprend tous les éléments, interconnectés, pour une mesure intégrale, éco/morpho/génétique du plancton. En particulier nous avons créé le PlanktoScope, un microscope automatisé qui permet non seulement d’observer le plancton, mais aussi de capturer des images en flux pour quantifier la biodiversité présente en un site donné. Cette mesure réalisée sur du plancton frais est unique et complémentaire aux mesures génétiques effectuées sur le même plancton préservé à bord.

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.

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.

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.