Les changements environnementaux graduels dus à l'eutrophisation et au réchauffement climatique peuvent entraîner un épuisement rapide des niveaux d'oxygène dans les lacs et les eaux côtières. Une nouvelle étude menée par les professeurs Jef Huisman et Gerard Muyzer de l'Université d'Amsterdam (UvA) montre que les micro-organismes jouent un rôle clé dans ces changements de régime désastreux. Les résultats des chercheurs ont été publiés dans la revue Communication Nature le 6 octobre.
Les changements de régime sont brusques, changements importants et persistants dans la structure et la fonction des écosystèmes déclenchés par des changements graduels des conditions environnementales. Des changements de régime ont été décrits pour une grande variété d'écosystèmes. Un type de changement de régime peut se produire dans les lacs et les eaux côtières lorsqu'un épuisement rapide de la concentration en oxygène dissous entraîne un manque d'oxygène, ce qui est préjudiciable à la plupart des organismes aquatiques. Bien que ce phénomène soit bien connu, les mécanismes sous-jacents provoquant la transition des conditions oxiques aux conditions anoxiques ne sont pas entièrement compris.
Des scientifiques de l'UvA et de l'Université d'Édimbourg ont développé un modèle mathématique pour étudier les interactions entre la composition des espèces microbiennes et la concentration en oxygène dissous. Ils ont découvert que les lacs peuvent être dans deux états stables alternatifs :un dans lequel le lac est riche en oxygène, et un autre dans lequel il manque d'oxygène. Les transitions de l'état oxique à l'état anoxique se produisent sous la forme d'un changement de régime. "Lorsque l'afflux d'oxygène diminue progressivement, au début, les cyanobactéries et les algues productrices d'oxygène persistent encore et le lac reste à l'état oxique, " explique le premier auteur Tim Bush. " En dessous d'un seuil critique, cependant, les bactéries sulfato-réductrices et les bactéries soufrées photosynthétiques prennent le relais. Ceux-ci provoquent une augmentation des concentrations de sulfure, qui tue ensuite les cyanobactéries et fait rapidement basculer le lac d'un état oxique à un état anoxique."
L'une des implications de ce changement de régime est qu'un retour à des conditions riches en oxygène n'est pas facile. Le système affiche l'hystérésis. Une fois que l'eau est devenue anoxique, des concentrations élevées de sulfure maintenues par les bactéries sulfureuses anaérobies stabilisent les conditions anoxiques. Par conséquent, le retour aux anciennes conditions oxiques nécessite un afflux d'oxygène beaucoup plus important que l'afflux qui a initialement amené le système dans son état anoxique.
Les chercheurs ont surveillé un petit lac avec une anoxie saisonnière dans les couches d'eau plus profondes pour étudier ces prédictions du modèle. Le lac présentait une hystérésis lors de la transition entre les conditions oxiques et anoxiques, avec des changements dans la composition de la communauté microbienne en accord avec les prédictions du modèle. Des phénomènes similaires ont été observés dans les eaux côtières eutrophisées, où les conditions anoxiques et les concentrations élevées de sulfure ont entraîné des mortalités massives de poissons, mollusques et de nombreuses autres espèces. Les auteurs indiquent que des changements de régime oxique-anoxique similaires se sont probablement produits à l'échelle mondiale dans le passé géologique de la Terre, lorsque de vastes zones de l'océan se sont appauvries en oxygène pendant les périodes de réchauffement climatique et de concentrations élevées de CO2 dans l'atmosphère. Selon les professeurs Huisman et Muyzer, plusieurs aspects ne sont pas encore entièrement compris ou ne peuvent être quantifiés en détail. Cependant, ces résultats avertissent que l'eutrophisation et le réchauffement continus des lacs et des mers peuvent pousser ces écosystèmes au-delà d'un point de basculement critique, provoquant des transitions rapides des conditions oxiques aux conditions anoxiques qui ne sont pas facilement inversées.
