La pénurie de fer menace les microbes clés de la chaîne alimentaire dans l’océan Austral | Science

Au large des côtes glacées de l’Antarctique, chaque printemps, une explosion de vie se déroule si grande qu’elle est visible depuis l’espace. Alors que les eaux riches en fer montent d’en bas, la surface de l’océan Austral tourbillonne de nuages ​​psychédéliques de phytoplancton vert vif – des plantes unicellulaires qui aspirent le carbone de l’atmosphère et forment la base de la chaîne alimentaire en soutenant le krill, qui est en devenir une source de nourriture majeure pour les poissons, les baleines et les pingouins.

Aujourd’hui, un groupe de scientifiques affirme qu’au cours du dernier quart de siècle, cette floraison saisonnière, un acteur essentiel des écosystèmes et du climat, pourrait être menacée. Le phytoplancton de l’océan Austral est de plus en plus affamé de fer – un élément constitutif de sa machinerie photosynthétique – et il y a des signes que sa productivité pourrait décliner. La découverte, publiée aujourd’hui dans Scienceest une surprise, directement à l’encontre de la poussée de productivité que prévoyaient de nombreux modèles climatiques pour le siècle à venir.

La vitesse apparente du changement “est vraiment alarmante”, déclare Adrian Marchetti, océanographe biologique à l’Université de Caroline du Nord, Chapel Hill, qui étudie le phytoplancton mais n’a pas été directement impliqué dans la recherche. Une forte baisse du phytoplancton “pourrait vraiment affecter le cycle global du carbone”, ajoute Alison Gray, océanographe à l’Université de Washington, Seattle, qui étudie le carbone des océans.

Les niveaux de fer dans l’océan, bien que connus pour être un facteur important limitant la productivité du phytoplancton dans l’océan Austral, sont notoirement difficiles à étudier. Ni les capteurs robotiques ni les navires de recherche ne recherchent systématiquement le nutriment. Les scientifiques ont donc récemment commencé à déduire ses niveaux en recherchant des signaux indiquant que le phytoplancton fait face à une pénurie de fer.

La nouvelle étude a analysé la lumière émise par le phytoplancton pour détecter les signes d’un processus physiologique appelé extinction non photochimique, dans lequel le phytoplancton fait face à une surcharge de lumière solaire en libérant de la chaleur. L’extinction est un indicateur de stress en fer car le phytoplancton privé du nutriment modifie sa physiologie de manière à le rendre plus sensible à l’exposition à la lumière. Dans les données de 194 sorties de navires de recherche à partir de 1996 et de 47 flotteurs chargés de capteurs mis à la dérive à partir de 2015, les chercheurs ont constaté que l’extinction augmentait de près de 5 % par an, une fois ajustée aux variations de l’exposition à la lumière. La tendance suggère qu’au cours des deux dernières décennies, le phytoplancton a de plus en plus de mal à obtenir suffisamment de fer, déclare Tommy Ryan-Keogh, biogéochimiste à l’Observatoire du carbone et du climat de l’océan Austral du gouvernement sud-africain et auteur principal de l’ouvrage Science papier.

Ryan-Keogh et ses collaborateurs se sont également penchés sur la productivité du phytoplancton, en utilisant l’imagerie satellitaire des efflorescences planctoniques et les mesures des flotteurs océaniques pour suivre les changements à partir de 1998. Ils se sont appuyés sur des modèles pour convertir les données en estimations de la productivité nette du phytoplancton, trouvant un petit mais baisse statistiquement significative de la productivité dans l’océan Austral.

Même si la baisse est réelle, il n’est pas certain que le fer joue un rôle. Philip Boyd, biogéochimiste à l’Université de Tasmanie qui a étudié la dynamique du fer dans l’océan Austral pendant des décennies, souligne d’autres facteurs potentiels. Par exemple, les animaux marins pourraient manger plus de phytoplancton. « C’est un long arc pour relier directement le stress du fer à la production primaire nette », dit-il.

On ne sait pas non plus pourquoi le phytoplancton serait confronté à une pénurie de fer. Les modèles climatiques et océaniques actuels prédisent le contraire : à mesure que le climat change, les vents de l’océan Austral se déplaceront vers le sud, provoquant davantage de remontées d’eau qui amèneront le fer des profondeurs de l’océan vers la surface et alimenteront une poussée de productivité. Ryan-Keogh propose trois raisons possibles pour lesquelles le phytoplancton pourrait manquer de fer : l’acidification des océans due à la hausse des niveaux de dioxyde de carbone pourrait rendre plus difficile l’absorption des nutriments, la hausse des températures océaniques pourrait accélérer leur métabolisme et augmenter leur fer demande, ou des changements dans la façon dont les différentes couches de l’océan se mélangent pourraient limiter le mouvement de l’eau plus profonde et riche en fer vers la surface. “Les tester nécessitera beaucoup de travail de laboratoire”, déclare Ryan-Keogh.

Démêler ce qui se passe sera important non seulement pour comprendre les changements futurs des écosystèmes dans l’océan Austral, mais aussi pour prédire le sort du climat mondial. L’océan Austral est un important puits de carbone; la moitié de toute la pollution par le carbone qui se dissout dans l’océan le fait là-bas. Une partie de ce carbone dissous est absorbée par le phytoplancton et stockée au fur et à mesure que les plantes – ou les organismes qui s’en nourrissent – meurent et coulent au fond.

Alessandro Tagliabue, océanographe à l’Université de Liverpool qui a travaillé sur l’étude, affirme que la tendance à la famine en fer pourrait être temporaire. Mais il est également possible que les modèles qui prédisent l’abondance future déforment quelque chose sur l’océan Austral et les organismes qui y vivent. “Nous devons voir pourquoi les modèles ne reproduisent pas les tendances actuelles”, explique Tagliabue, qui se spécialise dans la modélisation des processus biogéochimiques océaniques.

Keith Moore, océanographe à l’Université de Californie à Irvine, qui a travaillé sur un certain nombre de modèles climatiques largement utilisés, est convaincu que la tendance sera de courte durée. Bien qu’il affirme que l’article présente des arguments convaincants en faveur d’un déficit en fer croissant dans le phytoplancton, Moore s’attend à ce que, tout comme les modèles le prédisent, les vents finiront par se déplacer vers le sud et la floraison du phytoplancton sera plus luxuriante que jamais. “Ce qui se passe maintenant est peut-être trop subtil pour que ces modèles puissent le capter”, dit-il.