Comment le changement climatique pourrait avoir un impact sur les algues dans l’océan mondial

Selon les recherches de l’Université d’East Anglia et de l’Earlham Institute, le réchauffement climatique est susceptible de provoquer des changements brusques dans d’importantes communautés d’algues en raison du changement des limites des « points de rupture » ​​de la biodiversité dans les océans.

Une nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans la revue Communication Nature, constate qu’à mesure que le changement climatique étend l’hémisphère chaud, ces limites devraient se déplacer vers les pôles au cours des 100 prochaines années.

Au lieu d’un changement progressif de la diversité microbienne dû au réchauffement, les chercheurs suggèrent que cela se produira plus brutalement à ce qu’ils appellent des “points de rupture” – partout où la température de l’océan supérieur est d’environ 15 degrés en moyenne annuelle, séparant les eaux froides et chaudes.

Le Royaume-Uni est l’une des régions les plus susceptibles d’être gravement touchées, et plus soudainement qu’on ne le pensait auparavant. Mais l’équipe dit que les changements pourraient être arrêtés si nous agissons rapidement pour arrêter le changement climatique.

Le professeur Thomas Mock, de l’École des sciences de l’environnement de l’UEA, a déclaré : « Les algues sont essentielles au maintien d’un écosystème sain pour équilibrer la vie océanique. En absorbant l’énergie de la lumière du soleil, du dioxyde de carbone et de l’eau, elles produisent des composés organiques pour la vie marine.

“Ces organismes sous-tendent certains des plus grands réseaux trophiques de la Terre et sont à l’origine des cycles biogéochimiques mondiaux.

« Responsables d’au moins 20 % de la fixation mondiale annuelle du carbone, les changements de température pourraient avoir un impact significatif sur les algues dont dépendent nos systèmes marins, nos pêches et la biodiversité des océans.

“Nous voulions mieux comprendre l’impact de la crise climatique sur les algues dans le monde, de l’Arctique à l’Antarctique.”

La recherche a été menée par des scientifiques de l’UEA en collaboration avec le Joint Genome Institute du Département de l’énergie des États-Unis (DOE) (JGI, États-Unis) et l’Earlham Institute (Royaume-Uni).

L’étude majeure a été menée sur plus de 10 ans par une équipe internationale de 32 chercheurs, issus d’institutions telles que l’Université d’Exeter au Royaume-Uni et l’Institut Alfred Wegener pour la recherche polaire et marine en Allemagne.

Il s’agissait de la première analyse pôle à pôle de la répartition géographique des algues (phytoplancton eucaryote) et de leurs gènes exprimés dans les océans. Ainsi, l’équipe a étudié comment l’activité de leurs gènes change en raison des conditions environnementales dans la partie supérieure de l’océan d’un pôle à l’autre.

Comme la partie supérieure de l’océan connaît déjà un réchauffement important en raison de l’augmentation du CO₂ niveaux, les chercheurs ont estimé comment la distribution de ces communautés d’algues pourrait changer sur la base d’un modèle du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) 5^e Rapport d’évaluation.

La diversité et l’activité génétique des communautés d’algues sont façonnées par des interactions avec des organismes microscopiques unicellulaires, ou procaryotes, dans le cadre de microbiomes complexes.

Les chercheurs ont découvert que ces communautés mondiales peuvent être divisées en deux groupes principaux, des organismes qui vivent principalement dans les eaux polaires froides et les eaux non polaires chaudes.

Les modèles géographiques s’expliquent le mieux par les différences dans la structure physique de l’eau (par exemple, eau froide mélangée saisonnièrement par rapport à eau chaude stratifiée en permanence) de la partie supérieure de l’océan causées par des gradients de température latitudinaux.

Les organismes ont été analysés par extraction d’acides nucléiques et séquençage d’ADN et d’ARNm d’échantillons collectés lors de quatre croisières de recherche dans l’océan Arctique, l’océan Atlantique Nord, l’océan Atlantique Sud et l’océan Austral.

Le professeur Mock a déclaré : « Des efforts internationaux importants ont permis de mieux comprendre ce qui détermine la diversité de ces organismes et leur biogéographie mondiale dans l’océan mondial. Cependant, la compréhension des conditions environnementales responsables des différences entre les communautés d’espèces locales à grande échelle est encore limitée. pôle à pôle.

“Nos résultats fournissent de nouvelles informations sur la corrélation entre les conditions environnementales changeantes et les changements de biodiversité soumis à des fluctuations et des perturbations environnementales à grande échelle. Cette connaissance est essentielle pour prédire les conséquences du réchauffement climatique et peut donc guider la gestion de l’environnement.

“Nous pouvons nous attendre à ce que les systèmes marins autour du Royaume-Uni et d’autres pays à cette latitude soient gravement affectés, et plus soudainement qu’on ne le pensait auparavant.

“Le plus grand changement d’écosystème se produira lorsque les communautés de microalgues marines et leurs bactéries associées autour du Royaume-Uni seront remplacées par leurs homologues d’eau chaude.

“Cela devrait être causé par la limite de l’écosystème qui se déplace vers les pôles ou le “point de rupture de la biodiversité” séparant les deux communautés. Pour que cela se produise, la température moyenne annuelle de l’océan supérieur doit devenir plus chaude que 15 ° C.

“Ce n’est pas irréversible cependant, si nous pouvons arrêter le réchauffement climatique”, a-t-il ajouté.

Le co-auteur, le Dr Richard Leggett de l’Earlham Institute, a ajouté : « Cette étude montre également le rôle important que les progrès des technologies de séquençage de l’ADN ont joué dans la compréhension des écosystèmes océaniques et, ce faisant, en aidant les chercheurs à faire la lumière et à s’attaquer à certains des plus grands défis environnementaux auxquels la planète est confrontée.”

Les travaux ont été dirigés par deux anciens doctorants. des étudiants des écoles des sciences de l’environnement et de l’informatique de l’UEA, le Dr Kara Martin (également basé à l’Institut Earlham) et le Dr Katrin Schmidt.

Le Dr Martin a déclaré : « Ces résultats suggèrent que la limite écologique la plus importante dans la partie supérieure de l’océan sépare les microbiomes d’algues polaires et non polaires dans les deux hémisphères, ce qui non seulement modifie l’échelle spatiale des microbiomes d’algues, mais se déplace également vers les pôles en raison de la échauffement.

“Nous prévoyons que les “points de rupture” de la diversité microbienne se déplaceront nettement vers les pôles en raison du réchauffement – en particulier autour des îles britanniques – avec des changements brusques dans les microbiomes algaux causés par le changement climatique induit par l’homme.

“Ce fut une expérience merveilleuse et une opportunité incroyable de travailler avec une équipe magnifique. Ensemble, nous avons analysé un ensemble de données incroyable qui élargit la latitude de notre recherche microbienne sur les océans, nous permettant de mieux comprendre notre océan changeant d’un pôle à l’autre. “

Le Dr Schmidt a déclaré : « Au cours de nos croisières de recherche, nous avons déjà remarqué des communautés d’algues très différentes des eaux chaudes aux eaux froides. dans les deux hémisphères. Et plus important encore, cette limite modifie non seulement l’échelle spatiale des microbiomes d’algues, mais se déplace également vers les pôles en raison du réchauffement climatique. ”

Le professeur Tim Lenton, de l’Université d’Exeter, a déclaré: “Alors que l’océan se réchauffe avec le changement climatique au cours de ce siècle, nous prévoyons que le” point de rupture “entre les communautés de microalgues froides et polaires et les communautés de microalgues chaudes et non polaires se déplacera vers le nord à travers les mers autour des îles britanniques.

« Comme les microalgues sont essentielles à la base de la chaîne alimentaire, nous pouvons nous attendre à des changements majeurs dans le reste de l’écosystème marin, avec des implications pour la pêche, ainsi que pour la conservation marine.

“La” pompe à carbone biologique “par laquelle l’océan absorbe le dioxyde de carbone de l’atmosphère changera avec ce changement dans les communautés de microalgues – devenant probablement moins efficace – ce qui pourrait à son tour amplifier le réchauffement climatique.”

Le séquençage a été effectué au JGI dans le cadre du projet du programme scientifique communautaire Sea of ​​Change : Communautés eucaryotes de phytoplancton dans l’océan Arctique.

“La différenciation biogéographique des microbiomes d’algues dans la partie supérieure de l’océan de pôle à pôle” est publiée dans Communication Nature le 16 septembre 2021.