Un capteur spatial qui peut « voir » à travers le brouillard, les nuages ​​​​et l'obscurité ont donné aux scientifiques leur premier regard continu sur les cycles d'expansion-récession qui animent les communautés de plancton polaire.

L'ensemble d'images d'une décennie révèle que les cycles du phytoplancton sont plus liés à la relation push-pull entre eux et leurs prédateurs qu'on ne le pensait initialement, selon une étude publiée aujourd'hui dans la revue Géosciences de la nature .

Le phytoplancton est à la base du réseau trophique de l'océan. Pêche commerciale, les mammifères marins et les oiseaux dépendent tous des efflorescences, a déclaré l'auteur principal de l'étude, Michael Behrenfeld, un expert en plancton marin au College of Agricultural Sciences de l'Oregon State University.

"Il est vraiment important pour nous de comprendre ce qui contrôle ces cycles d'expansion et de ralentissement et comment ils pourraient changer à l'avenir, " Behrenfeld a dit, "parce que la dynamique des communautés de plancton a des implications pour tous les autres organismes du Web."

Le phytoplancton influence également le cycle du carbone de la Terre. Grâce à la photosynthèse, ils absorbent une grande partie du dioxyde de carbone près de la surface de l'océan. Cette, à son tour, permet au dioxyde de carbone de l'atmosphère d'aller dans l'océan.

L'instrument LIDAR monté sur satellite, baptisé Cloud-Aerosol Lidar à polarisation orthogonale, ou CALIOP, utilise un faisceau laser pour cartographier la surface de l'océan et le sous-sol immédiat. CALIOP a surveillé le plancton dans les eaux océaniques de l'Arctique et de l'Antarctique de 2006 à 2015.

Les mesures de CALIOP révèlent que, à mesure que la croissance du phytoplancton s'accélère, les fleurs sont capables de dépasser les organismes qui s'en nourrissent. Dès que cette accélération s'arrête, cependant, les organismes prédateurs se rattrapent et la floraison se termine.

Imaginez deux balles en caoutchouc, une rouge, un vert - relié par un élastique, dit Behrenfeld.

"Prenez la boule verte - qui représente le phytoplancton - et frappez-la avec une pagaie, " dit-il. " Tant que cette boule verte accélère, l'élastique va s'étirer, et la boule rouge, qui représente toutes les choses qui mangent ou tuent le phytoplancton, ne rattrapera pas la boule verte. Mais dès que la boule verte arrête d'accélérer, la tension de l'élastique tirera cette balle rouge vers elle, et la boule rouge rattrape."

Cette trouvaille, il a dit, va à l'encontre de la croyance répandue selon laquelle les efflorescences commencent lorsque les taux de croissance du phytoplancton atteignent un taux seuil, puis s'arrêter lorsque les taux de croissance s'effondrent.

Au lieu, les floraisons commencent lorsque les taux de croissance sont extrêmement lents, puis s'arrêter lorsque la croissance du phytoplancton est à son maximum mais que l'accélération de la floraison a atteint son apogée. Ce n'est qu'alors que les organismes prédateurs se rattrapent et que la floraison se termine.

L'étude révèle également que, dans les eaux arctiques, les changements d'année en année dans cette poussée et cette traction constantes entre prédateur et proie ont été le principal moteur de changement au cours des 10 dernières années. La situation est différente dans l'océan Austral autour de l'Antarctique, où les changements dans la couverture de glace ont eu plus d'influence.

"Le message à retenir, " Behrenfeld a dit, "est-ce, si l'on veut comprendre la production des systèmes polaires dans son ensemble, nous devons nous concentrer à la fois sur les changements dans la couverture de glace et sur les changements dans les écosystèmes qui régulent cet équilibre délicat entre les prédateurs et les proies."

Les capacités du LIDAR spatial, il a dit, ouvrir la porte à des mesures encore plus détaillées des communautés planctoniques. Par exemple, l'instrument CALIOP, bon comme c'est, a été conçu pour prendre des mesures de l'atmosphère et n'a pas la résolution nécessaire pour capturer des informations détaillées sous la surface de l'océan.

Un instrument à plus haute résolution, en cours de développement à la NASA mais pas encore déployé sur un satellite, pourrait collecter des échantillons souterrains à des profondeurs finement espacées lorsque l'impulsion laser pénètre dans la colonne d'eau, permettant aux scientifiques de voir la structure verticale des efflorescences planctoniques. Cela en révélerait davantage sur la façon dont le plancton est influencé par les courants océaniques et ses autres propriétés physiques, dit Behrenfeld.

L'instrument pourrait également déterminer quelle fraction du signal provient de la diffusion de la lumière par rapport à l'absorption de la lumière.

"Nous pouvons utiliser les informations de diffusion pour quantifier la concentration du plancton, et nous pouvons utiliser l'absorption pour dire quelque chose sur la physiologie du plancton - en d'autres termes, la santé des cellules, " a déclaré Behrenfeld.

Le capteur CALIOP est monté sur le satellite CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar et Infrared Pathfinder Satellite Observation), détenue conjointement par la NASA et l'agence spatiale française. Les autres institutions participantes comprennent l'Université du Maine, l'Université de Californie et l'Université de Princeton.