Les « récifs d’éponge » sont des récifs marins biogéniques (c’est-à-dire construits par des êtres vivants) qui se sont lentement formés en profondeur, un peu à la manière des récifs coralliens. Ils sont construits à base de silice (et non de carbonate de calcium comme les coralliens), par des éponges du groupe des éponges marines à squelette de silice appelées « éponges de verre » (Hexactinellides) ; ces êtres filtreurs coloniaux comptent parmi les plus anciens animaux à corps dur de la planète.
D’immenses récifs d’éponges étaient autrefois communs (au Mésozoïque et Jurassique tardif). Les géologues, biologistes marins et écologues les pensaient disparues à la fin du Crétacé quand les dinosaures non-aviens se sont éteints… jusqu’à ce qu’on en retrouve un exemplaire puis quelques autres dans les années 1980. Quelques communautés d’éponges ont en effet été (re)découvertes en 1987-1988Department of Fisheries and Oceans (2000), Hexactinellid sponge reefs on the British Columbia continental shelf : geological and biological structure. DFO Pacific Region Habitat Status Report 2000/02. incluant des espèces généralement considérées comme « panchroniques » et d’un très grand intérêt pour les géosciences<ref name=ConwatFossile2001>Conway K.W, Krautter M, Barrie J.V & Neuweiler M (2001). Hexactinellid sponge reefs on the Canadian continental shelf: A unique" living fossil". Geoscience Canada, 28(2)]</ref>. <br/ >Plusieurs récifs d’éponges, déjà pour moitié dégradés par les activités humaines, ont été plus récemment retrouvés dans les eaux du Canada.
Les quelques récifs d'éponges aujourd'hui connus dans le monde ont un âge estimé à 9000 à (fin de la dernière glaciation). De telles structures sont considérées comme très rares et a priori (à ce jour, au vu des connaissances disponibles) uniquement présentes sur le plateau continental de l'Ouest du Canada. La première observation humaine directe d'un tel récif date de 1999.
Description et structure d'un récif d'éponges Chaque éponge siliceuse vivante à la surface de ce type de récif peut mesurer plus de 1,5 m de haut (alors qu'ailleurs elles mesurent rarement plus de quelques centimètres ou dizaines de centimètres).
Les récifs sont composés de monticules plus élevés dits « biohermes » (atteignant souvent plus de 10 m d'épaisseur et jusqu'à 21 m selon les données disponibles en 2005), et de couches dites « biostromes » (de 2 à 10 m d'épaisseur). Un récif peut s'étendre sur plusieurs kilomètres de largeur.
Dans tous les cas connus, ces récifs se développent longitudinalement parallèlement aux creux et fosses glaciaires. Cette morphologie semble résulter du substrat en place, des températures de l'eau et des courants profonds (qui dépendent eux-mêmes de courants océaniques globaux et de la géomorphologie régionale du fond marin "
Les éponges de l'ordre Hexactinosa y grandissent généralement sur les squelettes rigides laissés par celles qui ont vécu avant elles. La résille de spicules de silice sert de substrat aux larves d'éponges qui peuvent s'y installer puis se développer, et de nouvelles éponges poussent sur le cadre des générations passées. La croissance des récifs d'éponge présente de ce point de vue une certaine analogie avec celle des récifs coralliens : le récif croit sur le squelette des organismes de la génération précédente.
Les fonds marins sont exposés à une neige perpétuelle de particules venues de la surface (et des fleuves) et de déjections et cadavres provenant des organismes qui vivent et meurent dans la colonne d'eau. Ces particules servent de substrat et d'aliments pour les bactéries du fond, mais les éponges se débarrassent des bactéries qui chercheraient à les coloniser et des sédiments qui se déposent sur elles. Une partie de ces sédiments fins (dont limons et particules d'argiles) est cependant capturée par l'échafaudage des récifs bio-construits par les éponges. Ils s'y tassent peu à peu en formant une matrice qui formera la base des biohermes d'éponge et de futures roches partiellement sédimentaires à teneur élevée en silice et carbone organique. Cette matrice de sédiments est molle et pulvérulente près de la surface ainsi qu'à la surface des éponges mortes, mais de plus en plus ferme en profondeur (dès un mètre de profondeur sous la surface du récif);
Enjeux écosystémiques Des recherches plus poussées sont nécessaires pour mieux évaluer l'importance écologique globale de ces récifs mais on sait déjà qu'ils sont dominés par des assemblages de grandes éponges qui - comme les coraux mais d'une manière différente - sont des organismes filtreurs ; ils contribuent donc à épurer l'eau. Ces organismes bioconstructeurs fournissent des habitats et abris supplémentaires pour les poissons et divers invertébrés à une profondeur où les coraux ne pourraient le faire. Les observations faites par ROV et submersible habité montrent que la faune des récifs d'éponge est spécifique (elle diffère des zones environnantes). Les récifs favorisent la présence de vers annélides, de bryozoaires, des grands crustacés des familles de Lithodidae et de Majoidea, ainsi que de petits crustacés (crevettes, krills), de diverses espèces d'échinodermes (oursins et étoiles de mer nettement plus abondantes dans les zones du récif où les éponges étaient blessées ou mourantes, ce qui laisse penser qu'ils pourraient être utilisés comme bioindicateurs de la santé du récif d'éponges, et des éponges elles-mêmes).
Certains poissons, dont plusieurs espèces de sébastes semblent profiter du récif ou en dépendre (Certains sébastes vivent dans les espaces disponibles entre les éponges ; et des femelles gravides ainsi que des juvéniles y ont été observés suggérant qu'ils utilisent le récif d'éponge comme zone de frai et de nurserie.
Les foraminifères abondent autour des récifs, mais les diatomées sont rares.
Selon Krautter (2001) les communautés vivantes (animales et bactériennes) associées aux derniers récifs d'éponge contemporains ont probablement peu changé depuis le Jurassique.
Enjeux biogéochimiques ? À la différence des récifs coralliens et constitués de stromatolites, les récifs d'éponges ne jouent qu'un rôle a priori très mineur pour le cycle du carbone, mais ils ont joué dans le passé un rôle majeur dans le cycle de la silice. Leur rôle actuel dans le cycle biogéochimique est encore à préciser (il semble plus local).
La silice n'est pas rare dans l'océan et un calcul du budget simple d'absorption de silice à l'échelle d'un récif d'éponge de montre que ce récif n'aurait qu'un impact léger le « budget-silice » de toute la région.
Enjeux scientifiques, biotechnologiques et économiques Les récifs d'éponges sont une fenêtre ouverte sur la vie océanique d'époques reculées. Mais ils intéressent aussi les experts en biomimétique, biominéralisation, chimie bioinorganique et nanotechnologies pour la capacité qu'ont ces éponges à capter, condenser et mettre en forme la silice en solution pour en faire des biominéraux hybrides, grâce notamment à un gène qui contrôle la production d'enzymes et de protéines spécialesOtzen D (2012). The role of proteins in biosilicification. Scientifica, 2012. telles que CathépsinesRiesgo, A., Maldonado, M., López-Legentil, S., & Giribet, G. (2015). A Proposal for the Evolution of Cathepsin and Silicatein in Sponges. Journal of molecular evolution, 80(5-6), 278-291., glassinesShimizu, K., Amano, T., Bari, M. R., Weaver, J. C., Arima, J., & Mori, N. (2015). Glassin, a histidine-rich protein from the siliceous skeletal system of the marine sponge Euplectella, directs silica polycondensation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(37), 11449-11454. et Silicatéines)Müller, W. E., Schröder, H. C., Burghard, Z., Pisignano, D., & Wang, X. (2013). Silicateins—a novel paradigm in bioinorganic chemistry : enzymatic synthesis of inorganic polymeric silica. Chemistry-A European Journal, 19(19), 5790-5804|résumé.Shkryl, Y. N., Bulgakov, V. P., Veremeichik, G. N., Kovalchuk, S. N., Kozhemyako, V. B., Kamenev, D. G., ... & Kulchin, Y. N. (2016). Bioinspired enzymatic synthesis of silica nanocrystals provided by recombinant silicatein from the marine sponge Latrunculia oparinae. Bioprocess and biosystems engineering, 39(1), 53-58|résumé.). Les diatomées savent aussi manipuler la silice, mais à des échelles bien plus petites. Comprendre comment les éponges de verre biominéralisent la silice permettrait peut-être d'imprimer des fibres optiques ou des matériaux isolants et translucides dans de l'eau ou dans un autre matériau, sans polluer et presque sans consommer d'énergieMüller, W. E., Link, T., Schröder, H. C., Korzhev, M., Neufurth, M., Brandt, D., & Wang, X. (2014). Dissection of the structure-forming activity from the structure-guiding activity of silicatein: a biomimetic molecular approach to print optical fibers. Journal of Materials Chemistry B, 2(33), 5368-5377..
Anatomie et biologie des éponges hexactinellidiennes et de leurs récifs Ces récifs sont en quelque sorte des superorganismes principalement constitués d'hexactinellides (dites éponges " de verre ") qui sont caractérisées par : un squelette rigide, constitué d’un assemblage particulier de minuscules spicules de silice. Les éponges dites hexagonophores ont des spicules dénommées « hexactines » qui ont six rayons perpendiculaires. Les espèces sont classées selon la taille et forme des spicules et selon la manière dont les spicules se verrouillent entre elles. Chez les « éponges de verre » les spicules fusionnent très solidement entre elles, produisant un squelette qui persiste après la mort de l'éponge. Les « éponges de verre » produisent un écho sonar particulier (qui mime celui d'un réflecteur gazeux) qui permet de facilement les différencier des tapis d'autres Démosponges, et qui a aidé à la détection de leurs récifs. Contrairement à d'autres porifères, les hexactinellides ne peuvent pas se contracter. des tissus composés presque entièrement de syncytia Dans un syncytium, il existe de nombreux noyaux éparpillés dans un cytoplasme continu (ces noyaux ne sont pas associés à une seule cellule). ceci confère à l’éponge un système de conduction électrique particulier, qui lui permet de répondre rapidement à certaines perturbations (agression physique ou présence excessive de sédiments dans l'eau ; qui provoque un arrêt de l'alimentation, qui reprendra après 20-30 minutes, mais s'arrêtera de nouveau si l'irritation se reproduit).
Biomasse et répartition des récifs d’éponge dans le monde
Des "éponges de verre" ont été trouvées individuellement ou en petits groupes de manière éparse dans le monde entier, jamais près de la surface, rarement en eaux moyennement profonde et presque toujours en eaux profondes ou très profondes (grands fonds marins). Mais elles ne semblent encore forment de véritables récifs qu'à une profondeur intermédiaire, et sur le plateau continental de l'Ouest canadienConway K, Barrie J, and Krautter M. (2005). Geomorphology of unique reefs on the western Canadian shelf : sponge reefs mapped by multibeam bathymetry. Geo-Mar Lett, 2005: 205-213..
De même pour les communautés d'éponges de la famille des Rosselidae, capables de former des « tapis d'éponges » : elles sont constituées d'espèces largement distribuées dans les océans, principalement présentes dans les canyons dans l'Atlantique Nord, dans l'Arctique canadien et sur la plateforme continentale Antarctique, mais ces deux groupes d'espèces ne se réunissent pour encore former de véritables récifs que dans un petit nombre de lieux :
quatre récifs hexacérineux ont été découverts dans les années 1980 dans le « bassin de la Reine-Charlotte » (explorés en 1987-1988). Ils sont situés à 70-80 km de la côte et à 165-240 m de profondeur. Ils s’étendent sur plus de du plancher océanique ; trois autres récifs ont été signalés dans le bassin de la Géorgie (GB) en 2005 ;