La base du réseau trophique marin de l’Arctique, le phytoplancton, réagit aux vagues de chaleur de manière très différente de celle aux températures constamment élevées. C'est ce que montrent les premières expériences ciblées sur le sujet, récemment menées à la station AWIPEV de l'Institut Alfred Wegener. Le comportement du phytoplancton dépend principalement des phases de refroidissement après ou entre les vagues de chaleur, comme le montre une étude qui vient de paraître dans la revue Science Advances. .
Les vagues de chaleur, que nous avons de plus en plus observées dans le monde ces dernières années, sont également de plus en plus fréquentes dans l'Arctique. Lors d'une vague de chaleur, non seulement l'air mais aussi l'océan se réchauffent :la température est nettement supérieure à la valeur moyenne saisonnière pendant au moins cinq jours consécutifs. Mais la façon dont ces fluctuations de température à court terme affectent les organismes polaires reste largement floue.
Pour faire la lumière sur cet aspect, une équipe dirigée par le Dr Klara Wolf (Universités de Hambourg et Constance) et le Dr Björn Rost de l'Institut Alfred Wegener, Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine (AWI) a maintenant utilisé des expériences pour étudier comment les algues unicellulaires, le phytoplancton, ont réagi à ces événements extrêmes. Étant donné le rôle du phytoplancton comme base du réseau trophique marin, ses changements pourraient avoir un impact sur l'ensemble de l'écosystème arctique.
Lors d'expériences d'incubation à la station AWIPEV à Svalbard, les chercheurs ont permis aux communautés phytoplanctoniques naturelles du Kongsfjorden voisin de se développer pendant 20 jours dans diverses conditions :températures normales et élevées mais constantes (2° C, 6° C, 9° C).
A titre de comparaison, ils ont soumis le phytoplancton à des vagues de chaleur répétées d'intensité variable (6°C, 9°C), chacune durant cinq jours avec une phase de refroidissement de trois jours à la température moyenne saisonnière (2°C) entre les deux. Différents types d'échantillons ont été collectés à des intervalles définis afin de caractériser les réponses physiologiques et tout changement potentiel d'espèce.
"À des températures stables, même une augmentation extrême de +7°C a conduit à une croissance accélérée et à une productivité plus élevée, avec des changements étonnamment faibles dans la composition des espèces, même sur plusieurs semaines", explique Wolf à propos des résultats des expériences.
"En revanche, les effets des vagues de chaleur sont considérablement plus complexes et ne suivent pas le même schéma. Cela implique que nos connaissances sur les augmentations constantes de température ne peuvent pas être facilement appliquées à ces phases chaudes à court terme, qui ne durent normalement que quelques jours. ."
Une des raisons de cette différence semble être que non seulement l'exposition à des températures élevées a un impact majeur sur la productivité, mais aussi et surtout les phases de refroidissement après ou entre les vagues de chaleur – et ces effets sont très peu connus.
"Nous commençons tout juste à acquérir une compréhension mécaniste de la façon dont les vagues de chaleur peuvent avoir un impact sur les régions polaires", explique Rost, biologiste à l'AWI. "Notre étude représente une première étape importante et montre quels aspects des vagues de chaleur et quels processus liés au phytoplancton nous devons examiner de plus près. En outre, notre étude montre que ce que nous savons sur les processus et les effets de températures constamment plus élevées peut ne doit pas simplement être appliqué individuellement."
En fait, les scénarios impliquant des températures fluctuantes peuvent produire un large éventail d'effets, c'est pourquoi il est plus compliqué de prédire leurs implications que pour un réchauffement continu.
Par conséquent, pour développer de meilleures projections et modèles concernant la manière dont la production primaire et l’écosystème arctique évolueront en réponse au changement climatique, il ne suffira pas d’étudier les effets des températures moyennes; les effets des fluctuations de température doivent faire l’objet de plus d’attention. Même si un réchauffement stable jusqu'à une certaine température augmente la productivité, certaines vagues de chaleur peuvent la diminuer, tandis que d'autres l'augmentent.
Une meilleure compréhension des effets des variations de température, notamment des phases de refroidissement, est donc essentielle pour améliorer les prévisions sur les changements potentiels de la biodiversité. Les recherches sur le phytoplancton sont ici des plus cruciales, car les changements à la base du réseau alimentaire peuvent avoir un impact sur tous les niveaux trophiques supérieurs, jusqu'aux pêcheries.
Plus d'informations : Klara Wolf, Les réponses aux vagues de chaleur des communautés phytoplanctoniques de l'Arctique sont motivées par les impacts combinés du réchauffement et du refroidissement, Science Advances (2024). DOI :10.1126/sciadv.adl5904. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl5904
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par l'Institut Alfred Wegener
