Interactions between chemistry and microbial population dynamics in snow : what are the consequences for mercury cycling in the Arctic?

• Auteur / Autrice : Catherine Larose
• Direction : Christophe Ferrari, Dominique Schneider
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (Grenoble1958-2016) - Laboratoire adaptation et pathogénie des microorganismes (Grenoble2003-2016?) - AMPERE - Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Cossa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Timothy Vogel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mark J. Bailey, Martyn Tranter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie microbienne

Mercure

Arctique -- Climat

Neige

Métagénomique

Mercure

Mots clés libres

Mercure

Bactéries polaires

Arctique

Métagénomique

Neige

Chimie

Mercure

Polar microbes

Arctic

Metagenomic

Snow

Chimistry

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est de caractériser les interactions entre la composition chimique et la structure des communautés microbiennes dans un manteau neigeux arctique. Une attention toute particulière est portée au mercure, dont le702 cycle biogéochimique complexe est encore mal connu. Avant toute chose, les fractions biotiques et abiotiques d'un manteau neigeux saisonnier doivent être caractérisées. A partir d'échantillons de neige et d'eau de fonte prélevés au cours d'une étude de deux mois en 2007 à Ny-Ålesund, nous avons montré que la diversité des séquences est élevée et nous avons également examiné le devenir du mercure, depuis son dépôt au cours des phénomènes de déplétions jusqu'à son transfert lors de la fonte des neiges. Les résultats de cette campagne ont souligné la nécessité d'améliorer nos connaissances sur la spéciation du mercure et ont conduit à l'élaboration d'un biocapteur mer-lux pour mesurer la fraction biodisponible de mercure, déployé lors d'une seconde campagne de deux mois au printemps 2008. En parallèle à l'analyse chimique, nous avons suivi les changements dans la structure des communautés microbiennes présentes dans les échantillons de neige et d'eau de fonte. Nous avons enfin exploré l'effet de la contamination au mercure sur la fonction de la communauté et démontré que le méthylmercure affecte la structure des communautés ainsi que sa fonction à des concentrations beaucoup plus faibles que précédemment rapportées. Nos résultats fournissent une base pour de nouvelles études sur l'interaction entre la composition chimique, la présence de contaminants anthropiques et la structure des communautés microbiennes.

The main objective of this thesis is to characterize the interactions between seasonal snow chemistry and microbial community structure in an arctic snowpack. In order to do so, the biotic and abiotic compartments of the snowpack must be first characterized. From snow and meltwater samples obtained during a two-month field study held in Ny-Ålesund (Svalbard, Norway, 78°56'N, 11°52'E) in 2007, we showed that the sequence diversity in arctic snow and meltwater libraries is elevated. We also examined the fate of Hg in an arctic snowpack, from its deposition during atmospheric mercury depletion events up until its transfer during snow melt and reported an increase in methylmercury concentrations in the snowpack during late spring. The results from this campaign highlighted the need to improve our knowledge on mercury speciation and led to the development of a mer-lux biosensor to measure the bioavailable fraction of mercury. We deployed the biosensor during a second two-month field campaign in Ny-Ålesund in spring 2008 and the results obtained led to a novel model for mercury methylation in oxic environments. In parallel, we followed changes in microbial community structure in snow and meltwater samples using a 16S microarray. We modeled the interactions between snow chemistry and community structure and found a significant co-structure. We also explored functional community changes due to mercury contamination of snowpacks. Based on our results, methylmercury affects community structure and function at concentrations much lower than previously reported. Our results provide a basis for further studies on the interaction between chemistry and microbial community structure.