Rôle des bactéries lacustres dans la synthèse de lipides utilisés comme proxies de température en paléoclimatologie // Role of lake bacteria in the synthesis of lipids used as temperature proxies in climate reconstructions

L'évolution du climat au cours des 100 dernières années a de nombreuses conséquences sur les activités humaines et sur l'environnement. Si la vulnérabilité des écosystèmes et des populations est déjà reconnue, l'étude de l'adaptation des organismes à l'échelle de la cellule est indispensable. Ceci est particulièrement vrai pour les microorganismes, capables de modifier leur lipides membranaires, avec comme conséquence le maintien de propriétés physiques et biologiques compatibles avec la survie. Cette propriété est exploitée dans le cadre d'études paléoclimatiques, dont les objectifs sont de reconstruire les paramètres du climat passé, afin d'élaborer et de tester des modèles d'évolution future du climat. Ces reconstructions se basent sur l'élaboration de proxies à partir d'éléments organiques ou inorganiques retrouvés dans les archives environnementales. Plusieurs proxies ont été ainsi élaborés sur la base de lipides microbiens. Le seul proxy organique utilisable aujourd'hui en milieu terrestre pour reconstruire la température de l'air et des eaux de surface est basé sur une famille de lipides dont les bactéries sources sont encore mal identifiées. L'interprétation des données s'en trouve donc limitée et justifie la recherche de nouveaux indicateurs sur lesquels baser des proxies environnementaux.
De nouveaux proxies ont été proposés récemment, basés sur certains acides gras 3-hydroxylés (AG3-OH) de bactéries. Ces lipides ont fait l'objet de plusieurs travaux et nous avons pu montrer, à partir de sols du monde entier, que l'ensemble des AG3-OH, et pas uniquement certains d'entre eux, devrait être utilisé pour reconstruire les températures de l'air. Le projet de thèse sera focalisé sur les AG3-OH en milieu lacustre. Ils ont été très peu étudiés alors que les archives sédimentaires de lacs permettent une excellente résolution dans les reconstructions paléoenvironnementales. Le projet sera divisé en 2 axes qui s'intègrent dans un projet ANR en cours. Le premier axe s'intéressera à la synthèse des AG3-OH et aux microorganismes sources, en réponse à un gradient de température. Par marquage de sédiments lacustres au 13C, il sera possible d'identifier par métabarcoding des ADNr 16S les espèces bactériennes s'étant multipliées au cours de l'incubation, et de tester les corrélations avec les lipides marqués produits pendant la même période. Ceci permettra d'avoir une image plus complète des bactéries impliquées dans la synthèse des lipides étudiés, incluant celles qui sont non cultivables et/ou anaérobies. Le second axe s'intéressera à la résistance à la dégradation des acides gras utilisés pour l'élaboration des proxies de température. Ces données permettront de vérifier que les lipides analysés constituent une image fidèle des membranes cellulaires à l'époque où les microorganismes étaient vivants.
En fonction de l'avancée des travaux et de l'appétence du ou de la candidate retenu(e), il pourra aussi être envisagé de caractériser la production in situ de lipides d'intérêt dans des archives sédimentaires datant d'environ 10 000 ans. Il s'agirait alors de suivre la présence de bactéries vivantes dans ces archives.
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The evolution of climate in the last 100 years has numerous consequences that impact human activities as well as the environment. If the vulnerability of ecosystems and populations is already recognized, the adaptation of organisms to an increase in temperature should also be studied at the cell level. This is particularly true for microorganisms, able to modify their membrane lipids in order to maintain physical and biological properties compatible with survival. This property can be exploited in the frame of paleoclimate studies, whose objectives are to reconstruct past climate parameters, in order to elaborate and test models of climate evolution in the future. These reconstructions are based on the elaboration of proxies, using organic or inorganic compounds present in the environmental archives. Several proxies have thus been proposed based on microbial lipids. The only organic proxy available to this date in terrestrial settings to reconstruct air temperature or water surface temperature is based on a family of lipids whose source bacteria are still poorly identified. The interpretation of the data using these molecules is therefore limited. This justifies that more research is necessary to identify new indicators upon which environmental proxies could be elaborated.
New proxies were recently proposed, based on bacterial 3-hydroxy fatty acids (3-OH FAs). These fatty acids have been the subject of several investigations and we have been able to show, using soils from all over the world, that all 3-OH FAs, not only a subset of them, should be used to reconstruct mean annual air temperature. The thesis project will focus on 3-OH FAs in lacustrine settings. So far they have been the subject of very few studies whereas lake sedimentary archives are recognized as providing a very good resolution as paleorecorders of environmental conditions. The project will be divided into two axis. These research questions are integrated into a larger ANR project. The first axis will focus on the synthesis of 3-OH FAs and their source microorganisms, in response to a temperature gradient. By incubating lake sediments with 13C, the identification of bacteria having multiplied will be possible using a metabarcoding approach of 16S rDNA. It will then be possible to investigate correlations between these taxonomic profiles and the corresponding labelled lipid profiles. This will give a more complete picture of the bacteria involved in the synthesis of 3-OH FAs at each temperature, including those which are non culturable and/or anaerobic. The second axis will focus on the resistance of 3-OH FAs to degradation. These data will allow to establish whether the lipids analyzed constitute a fair picture of the cell membranes at the time when the microorganisms were alive.
According to the evolution of the experimental work and the personal interests of the candidate, if time allows, it can be envisaged that the characterization of in situ endogenous synthesis of fatty acids in cores of c. 10 000 years-old sedimentary archives be investigated. In this case the presence of live bacteria will be evaluated in these samples.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral - SU

Sorbonne Université SIM (Sciences, Ingénierie, Médecine)

398 Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement

M2 en microbiologie environnementale ou en (bio)géochimie organique avec une appétence pour la microbiologie Des compétences en analyse de corrélations et une première expérience en biologie moléculaire serait un plus mais n'est pas indispensable Capacité à travailler sur des projets pluridisciplinaires Bonne maîtrise de l'anglais lu
Master 2 in environmental microbiology or in organic bio(geochemistry) with an interest in microbiology Competencies in correlation analyses and a first experience in molecular biology would be a plus Capacity to work on pluridisciplinary projects Ability to communicate in English