Clouds as atmospheric oases
Les Nuages : Oasis de l’Atmosphère
Résumé
The outdoor atmosphere is a complex and dynamic environment harboring microbial assemblages of various airborne microorganisms from local and distant sources (mainly soils and vegetation). They can be transported to high altitudes and incorporate clouds. The presence of condensed water can provide potentially more viable conditions for cells. When in clouds, microbes can be redeposited on the local surface with precipitation, ending their atmospheric cycle and potentially impacting surface ecosystems. These communities have previously been demonstrated to be viable and active when aerosolized, in dry aerosols and in clouds. However, little is yet known about what they can do. The objective of this thesis work was therefore to explore the specificities of clouds as particular microbial habitats, like oases in a desert atmosphere. In this end, microbial diversity and functional profile were studied in clouds compared to other atmospheric situations such as dry aerosols and precipitation. Clouds and aerosols were collected at high altitude at the top of puy de Dôme (1,465 m a.s.l.; France), and rain was sampled at the Opme station (680 m a.s.l.; France), near the first site. First, a comparative analysis of bacterial diversity in clouds versus precipitation was performed. It appeared that the bacterial diversity in rain was mainly to air column scavenging (biomass loading). Clouds were rather seed banks disseminating their bacterial richness with precipitation on the ecosystems. Then, in a first approach, bacterial diversity was studied in clouds and aerosols. Communities were similar both atmospheric situations, and sequencing of sampling replicates allowed the detection of a seasonal effect. Finally, a comparative analysis of the functional profile of clouds and aerosols was performed using metatranscriptomics and metagenomics. These are the first non-amplified metatranscriptomes and metagenomes of the outdoor atmosphere that have been obtained. A bioinformatics workflow was built to process this unique dataset. Aerosols were demonstrated to harbor microbial metabolism just like clouds. However, microbial communities were more active in clouds, highlighting the fact that clouds are specific atmospheric habitats that “revive” cells through the presence of condensed water.
L'atmosphère extérieure est un environnement complexe et dynamique abritant des assemblages microbiens de divers micro-organismes aérosolisés provenant de sources locales et lointaines. Ils peuvent être transportés jusqu'à de hautes altitudes et incorporer des nuages. La présence d'eau condensée peut offrir des conditions potentiellement plus viables aux cellules. Lorsqu'ils sont dans les nuages, les microbes peuvent être redéposés à la surface avec les précipitations, ayant un impact potentiel sur les écosystèmes locaux. Il a été démontré précédemment que ces communautés étaient viables et actives lorsqu'elles étaient aérosolisées, dans des aérosols secs et dans des nuages. Cependant, on sait encore peu de choses sur ce qu'elles peuvent y faire. L'objectif de ce travail de thèse était donc d'explorer les spécificités des nuages comme habitats microbiens particuliers, comme des oasis dans une atmosphère désertique. Dans ce but, la diversité et le profil fonctionnel des communautés microbiennes dans les nuages ont été étudiés par rapport à d'autres situations atmosphériques, telles que les aérosols secs et les précipitations. Les nuages et les aérosols ont été collectés en hautes altitudes au sommet du puy de Dôme (1 465 m d'altitude ; France), et les précipitations ont été échantillonnées à la station d'Opme (680 m d'altitude, France), près du premier site. Tout d'abord, une analyse comparative de la diversité bactérienne dans les nuages par rapport aux précipitations a été réalisée. Il est apparu que la diversité bactérienne dans la pluie provenait principalement du balayage de la colonne d'air (chargement en biomasse). Les nuages étaient plutôt des banques de souches disséminant leur richesse bactérienne avec les précipitations sur les écosystèmes. Ensuite, dans une première approche, la diversité bactérienne a été étudiée dans les nuages et les aérosols. Les communautés étaient similaires dans les deux situations atmosphériques, et le séquençage des réplicats d'échantillonnage a permis de détecter un effet saisonnier non négligeable. Enfin, une analyse comparative du profil fonctionnel des nuages et des aérosols a été réalisée à l'aide de la métatranscriptomique et de la métagénomique. Ceux sont les premiers métatranscriptomes et métagénomes non amplifiés de l'atmosphère extérieure qui ont été obtenus. Un flux de travail bioinformatique a été construit pour traiter cet ensemble de données unique. Il a été démontré que les aérosols abritent un métabolisme microbien tout comme les nuages. Cependant, les communautés microbiennes étaient plus actives dans les nuages, ce qui met en évidence le fait que les nuages sont des habitats spécifiques dans l'atmosphère qui "revivifient" les cellules grâce à la présence d'eau condensée.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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