Des essaims de minuscules organismes océaniques connus collectivement sous le nom de zooplancton peuvent avoir une influence démesurée sur leur environnement. De nouvelles recherches à Stanford montrent que des grappes d'individus d'un centimètre de long, chacun battant de minuscules pattes à plumes, pouvez, dans l'ensemble, créer des courants puissants qui peuvent mélanger l'eau sur des centaines de mètres de profondeur.

Bien que le travail ait été effectué en laboratoire, cette découverte est la première à montrer que la migration du zooplancton - ou même de tout organisme - peut créer des turbulences à une échelle suffisamment grande pour mélanger les eaux de l'océan. Les travaux pourraient modifier la façon dont les océanographes envisagent les cycles mondiaux des nutriments comme le carbone, phosphate et oxygène, ou même les courants océaniques eux-mêmes.

« La dynamique des océans est directement liée au climat mondial à travers des interactions avec l'atmosphère, " dit Jean Dabiri, professeur de génie civil et environnemental et de génie mécanique. « Le fait que les animaux nageurs puissent jouer un rôle important dans le mélange océanique – une idée presque hérétique en océanographie – pourrait donc avoir des conséquences bien au-delà des eaux immédiates où résident les animaux. »

Dabiri, qui était l'auteur principal de l'ouvrage publié le 18 avril dans La nature , a ajouté que les résultats pourraient également aider les scientifiques à comprendre comment l'océan séquestre le dioxyde de carbone de l'atmosphère et conduire à des mises à jour des modèles de climat océanique.

"À l'heure actuelle, beaucoup de nos modèles de climat océanique n'incluent pas l'effet des animaux ou s'ils le font, c'est en tant que participants passifs au processus, " dit Dabiri.

Eaux bouillonnantes

L'un des zooplanctons les plus répandus, le krill fait partie des organismes marins les plus abondants et migre quotidiennement en essaims géants, se dirigeant à des centaines de mètres de profondeur le jour et jusqu'à la surface de l'océan la nuit pour se nourrir.

Dabiri savait qu'en termes de forces qui entraînent le mélange des océans, On pense que les courants de vent et de marée jouent le plus grand rôle. Mais il s'est demandé si les migrations de zooplancton géant pourraient également être impliquées - une idée proposée pour la première fois par l'océanographe Walter Munk en 1966, et depuis débattue mais jamais systématiquement explorée.

Dabiri et l'étudiante diplômée Isabel Houghton ont essayé de répondre à cette question non pas dans l'océan mais dans l'environnement relativement contrôlé des grands réservoirs d'eau du laboratoire. Le couple a travaillé avec Jeffrey Koseff et Stephen Monismith, des professeurs de génie civil et environnemental experts du mélange dans l'océan, pour créer des environnements d'écoulement qui imitent l'océan avec de l'eau plus salée au fond du réservoir et moins d'eau salée sur le dessus. Le gradient résultant reflète les conditions océaniques que tout organisme aurait besoin de perturber afin de faire circuler les nutriments entre la surface de l'océan et l'eau en profondeur.

"Il n'y a pas de mélange profond appréciable d'oxygène ou de dioxyde de carbone dans l'océan si vous ne pouvez pas surmonter l'influence stabilisatrice de la salinité et des gradients de température, " a déclaré Koseff.

Dans le laboratoire, le groupe cherchait à voir si les minuscules organismes qu'ils ont étudiés - principalement des artémias (également connus sous le nom de singes de mer) en remplacement du krill moins résistant au laboratoire - brassaient simplement de l'eau localement, laisser le gradient intact, ou redistribuer le sel dans un mélange plus uniforme. S'ils peuvent mélanger les couches en labo, il y a de fortes chances qu'ils puissent faire la même chose dans l'océan, argumenta le groupe.

Nager à la lumière laser

Pour réaliser l'étude, Houghton a placé des crevettes de saumure dans le réservoir et a activé des lumières laser ou LED d'en haut ou d'en bas, parce que les artémias sont attirés par la lumière, ils ont donc migré vers la source. Lorsqu'elle a inversé les lumières, les minuscules créatures se sont précipitées à l'autre bout dans une migration qui a duré environ 10 minutes.

Avec des caméras enregistrant de près les mouvements des animaux, le groupe a pu mesurer les tourbillons d'eau individuels entourant chaque crevette de saumure et les courants plus importants dans le réservoir. De ces, ils ont montré que les turbulences provenant d'organismes individuels s'agrègent en un jet turbulent beaucoup plus gros dans le sillage de la migration.

Quoi de plus, ces flux étaient suffisamment puissants pour mélanger le gradient de sel du réservoir. "Ils ne faisaient pas que déplacer le fluide qui retournait ensuite à son emplacement d'origine, " a déclaré Houghton. " Tout s'est mélangé de manière irréversible. "

Avant ce travail, les scientifiques pensaient que le krill et d'autres zooplanctons ne pouvaient créer des turbulences que dans leur propre gamme de taille, de l'ordre du centimètre. C'est à peine suffisant pour déplacer les nutriments à une échelle significative. Il apparaît maintenant que le zooplancton a la capacité de mélanger les eaux océaniques, au moins au niveau régional. Par ailleurs, Dabiri a déclaré que leurs découvertes pourraient ne pas s'appliquer uniquement à des organismes comme le krill dans le kilomètre supérieur de l'océan, mais aussi aux méduses, calamar, des poissons et des mammifères qui nagent encore plus profondément, potentiellement barattage toute la colonne d'eau.

Dabiri a déclaré que les membres de son laboratoire devaient vérifier leurs découvertes dans l'océan, ce qui impliquera de trouver et de suivre des essaims de krill dans des endroits aussi divers que la côte californienne et les eaux glaciales de l'Antarctique. Mais s'ils continuent à voir le mélange aux échelles suggérées par les travaux de laboratoire, les résultats pourraient changer la façon dont les océanographes considèrent le rôle des animaux dans l'influence de leur environnement aquatique - et potentiellement notre climat sur terre.

Commencer simplement pour de gros résultats

Malgré l'impact potentiel de ces travaux sur la façon dont les océanographes envisagent le rôle des animaux marins sur des problèmes mondiaux tels que le climat et les cycles des nutriments, cette recherche a un passé chargé d'histoire. Son financement figurait autrefois dans une liste de déchets gouvernementaux connue sous le nom de The Wastebook, qui l'appelait l'étude de la nage synchronisée chez les singes marins.

"En commençant simplement et en utilisant un organisme peu orthodoxe comme l'artémia, cela nous a permis d'aller maintenant dans l'océan et de mesurer quelque chose où nous avons un objectif plus précis en tête, " dit Dabiri.

Des mesures qui auraient coûté 20 $, 000 par jour à bord d'un navire ne coûte qu'environ 100 $ par jour en laboratoire, économiser de l'argent et produire des résultats pertinents pour les scientifiques et les décideurs.