Une nouvelle technologie laser permet aux scientifiques de MBARI d'étudier la structure des animaux marins géants ressemblant à des larves, des têtards, qui sont des acteurs importants des écosystèmes océaniques. Dans un article récent de Avancées scientifiques , Les chercheurs de MBARI ont décrit une nouvelle méthode pour mesurer le débit d'eau de mer à travers les larves et autres animaux gélatineux. Les résultats aideront les scientifiques à comprendre la quantité de dioxyde de carbone que les océans absorbent de l'atmosphère.

Les larves jouent un rôle important dans le déplacement du carbone de la partie supérieure de l'océan vers les profondeurs marines. Ils construisent des structures de mucus en forme de ballon appelées « maisons, " qui concentrent les aliments en filtrant de minuscules particules de l'eau de mer environnante. Ces particules contiennent du carbone organique, dont certains provenaient sous forme de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Au fil du temps, leurs filtres se surchargent de particules, et la larve abandonne sa maison. Les maisons abandonnées s'effondrent et coulent rapidement au fond de la mer, transportant du carbone dans les eaux profondes. Une fois sur le fond marin, ce carbone est consommé par les animaux ou enfoui dans les sédiments du fond marin. Le carbone enfoui est susceptible d'être retiré de l'atmosphère pendant des millions d'années.

Parce que les larves géantes ne mesurent que quelques centimètres, mais construis des maisons qui peuvent faire un mètre de large, ils sont un défi à étudier. Les maisons de larves intactes sont presque impossibles à collecter dans un filet ou un bocal, ou à contenir dans un aquarium de laboratoire. Une fois qu'ils dérivent dans un filet ou un mur solide, les maisons s'effondrent.

Au lieu d'essayer de construire un réservoir assez grand pour abriter une larve géante et sa maison, Le boursier postdoctoral MBARI Kakani Katija a étudié des moyens d'étudier les larves en haute mer, en utilisant une technique appelée vélocimétrie par image de particules (PIV). Les systèmes PIV sont utilisés dans les laboratoires depuis des décennies pour observer et mesurer des schémas d'écoulement d'eau complexes tels que les courants, tourbillons, et des tourbillons.

En 2015, Katija a entrepris d'adapter un système PIV pour une utilisation en haute mer. Son système "DeepPIV" se compose d'un laser qui émet une fine couche de lumière et d'une caméra vidéo qui enregistre de minuscules particules dans l'eau, qui sont éclairés par le laser lorsqu'ils traversent cette nappe de lumière. En collaboration avec les ingénieurs MBARI Alana Sherman, Dale Graves, et Chad Kecy, Katija a monté le laser et la caméra vidéo sur le MiniROV de MBARI, un petit véhicule télécommandé (ROV).

Plus tard cette année-là, Katija a rejoint le scientifique principal Bruce Robison et le reste de l'équipe DeepPIV dans leur premier test sur le terrain, en utilisant le MiniROV pour plonger 1, 200 mètres (4, 000 pieds) sous la surface de la baie de Monterey.

Lorsque l'équipe a repéré leur première larve géante, le pilote du ROV a allumé les lasers, éteindre les lumières du ROV, et a maintenu le ROV en position pendant qu'une feuille de lumière laser balayait le corps et la maison du larvacéen. Certains des scientifiques de la croisière avaient étudié des larves géantes pendant des années, mais quand le laser s'est allumé, soudain, ils pouvaient voir des chambres et des passages dans la maison des larves dont ils ignoraient l'existence.

"Nous avons tous été choqués par la façon dont cela a fonctionné, " dit Katija. " Il y avait beaucoup de oh et ah dans la salle de contrôle. Il n'y avait pas que les scientifiques qui étaient choqués et étonnés, c'était tout le monde à bord du navire de recherche."

Robison a commenté, "DeepPIV nous a permis de regarder à l'intérieur d'une structure complexe que nous n'avions vue que de l'extérieur auparavant. En conséquence, nous en avons appris plus sur les larves géantes au cours d'une seule plongée qu'au cours des deux décennies précédentes."

Finalement, Katija a pu filmer le flux de particules dans les maisons de 24 larves géants au cours de 13 plongées ROV différentes. En analysant les images de ces plongées, Katija a mesuré à quelle vitesse les particules se déplaçaient. À partir de ces informations, elle a pu calculer la quantité d'eau que les larves filtrent à travers leurs maisons.

Les calculs de Katija ont montré que chaque larve géante de la baie de Monterey pouvait filtrer jusqu'à 76 litres (20 gallons) d'eau par heure. C'est quatre fois plus élevé que les estimations précédentes pour les larves géantes et cinq fois plus élevé que les taux de filtrage par d'autres filtreurs gélatineux en haute mer, comme les salpes.

Couplant ses estimations de filtrage avec les données à long terme de MBARI sur l'abondance des larves géantes à différentes profondeurs, Katija a calculé le volume total d'eau filtrée par les larves géantes dans la baie de Monterey. Pendant les mois de printemps, quand ils sont le plus abondants, Katija a estimé que les larves pouvaient filtrer toute l'eau entre 100 et 300 mètres dans la baie de Monterey en aussi peu que 13 jours. C'est l'équivalent de 500 piscines olympiques par heure.

Les recherches de Katija montrent que les larves jouent un rôle encore plus important que les scientifiques ne le pensaient auparavant dans l'élimination du carbone de la surface de l'océan. Dans son papier, elle a noté que DeepPIV pourrait également être utilisé pour mesurer les taux de filtration d'autres animaux pélagiques. Ces données aideront les scientifiques à comprendre la quantité de carbone que les animaux des grands fonds retirent des océans et (indirectement) de l'atmosphère. Ces informations sont vitales pour améliorer les modèles informatiques du changement climatique.

Suite à son succès initial avec le DeepPIV, Katija a collaboré avec le biologiste de MBARI Jim Barry pour comprendre comment les coraux et les éponges des grands fonds recueillent de minuscules particules de nourriture transportées par les courants océaniques. "Maintenant que DeepPIV est disponible pour la communauté océanographique, " Katija a dit, "il ouvre toutes sortes de possibilités."