Semblable aux forêts terrestres, la source d'énergie la plus importante pour les récifs coralliens tropicaux en eau peu profonde est la lumière. Algues photosynthétiques, appelées zooxanthelles, vivent dans les tissus des coraux constructeurs de récifs et leur fournissent de l'oxygène et les produits de la photosynthèse, y compris le glucose et les acides aminés. Les coraux, à son tour, utiliser ces produits comme source d'énergie pour construire des squelettes de carbonate de calcium et développer davantage de tissus vivants. D'autres organismes récifaux d'importance écologique, comme les macroalgues et les algues du gazon, dépendent également de la lumière pour leur croissance et leur reproduction, faisant de la lumière le moteur de la croissance et de la productivité globale des écosystèmes des récifs coralliens.

Pour cette raison, Les scientifiques des récifs coralliens s'intéressent à la détermination de la relation entre la productivité primaire et les conditions d'éclairage variables. Dans un article publié le mois dernier par deux écologistes des récifs du BIOS dans la revue scientifique PLoS UN , la chercheuse postdoctorale Yvonne Sawall et son conseiller, scientifique associé Eric Hochberg, présenter des preuves que les récifs optimisent leurs capacités photosynthétiques aux conditions environnementales dominantes, comme la disponibilité générale de la lumière, nutriments, gaz carbonique, et la température.

"Production primaire, ou la quantité de photosynthèse qui a lieu, détermine en fin de compte la biomasse et la croissance des récifs, " a déclaré Sawall. " Cela signifie que des mesures précises de la productivité sont essentielles pour comprendre la fonction des récifs. "

Autrefois, les mesures de la photosynthèse ont généralement été effectuées sur une courte période de quelques minutes à quelques heures. Les résultats de ces mesures, appelées courbes P-E instantanées, représenter graphiquement la relation entre la productivité primaire et la quantité de lumière entrant dans le système (également appelée irradiance). Sur de courtes périodes, ces graphiques produisent une relation classique où la productivité augmente linéairement jusqu'à un point (appelé point de saturation) avant de se stabiliser, ce qui signifie que les coraux ne peuvent augmenter leur photosynthèse que jusqu'à un certain niveau de luminosité, après quoi aucune autre augmentation n'est observée.

Cependant, Sawall et Hochberg pensent que des mesures à plus long terme sont nécessaires pour mesurer avec précision la productivité des récifs.

"Les courbes P-E traditionnelles ignorent le fait que les conditions du ciel et la disponibilité de la lumière changent au cours d'une seule journée, ainsi qu'à travers les saisons et dans différents endroits à travers le monde, " Hochberg a déclaré. "En fin de compte, ces limitations ont un impact sur la façon dont nous caractérisons la capacité à long terme d'un récif pour la productivité primaire."

Hochberg a souligné que les scientifiques terrestres ont compris depuis longtemps que les plantes peuvent ajuster leurs niveaux de pigments photosynthétiques pour utiliser au mieux le long terme, champ lumineux dominant. En pratique, cela signifie que, bien que les niveaux de lumière puissent changer de manière significative sur des échelles de temps courtes et dans de petites zones, les plantes se sont adaptées de telle sorte que, en moyenne, ils n'absorbent pas plus de lumière qu'ils ne peuvent en utiliser. Étant donné que les récifs sont composés d'organismes photosynthétiques, il semblait probable qu'une relation similaire se maintiendrait.

Aux fins de leur enquête, Sawall et Hochberg ont d'abord obtenu 52 courbes P-E instantanées représentant un large éventail d'organismes benthiques (coraux et algues) et de communautés (dominée par les coraux, les algues du gazon dominent, et du sable avec des microalgues), ainsi que les conditions environnementales. Puis, pour calculer l'éclairement énergétique quotidien (à plus long terme) représentant différentes intensités de nuages ​​et durées de jour, ils ont rassemblé plus de 900 courbes de disponibilité de la lumière recueillies sur une période de trois ans par les instruments du National Weather Service à l'aéroport international L.F. Wade aux Bermudes.

En utilisant des modèles informatiques, l'équipe a intégré les courbes P-E instantanées aux courbes d'irradiance journalière, résultant en des courbes P-E intégrées dans le temps qui montrent la relation entre la photosynthèse et la disponibilité de la lumière sur une journée entière. Sans exception, toutes les courbes modélisées intégrées dans le temps ont montré que la photosynthèse dans les communautés benthiques des récifs coralliens n'atteint pas un point de saturation. C'est-à-dire, la photosynthèse peut saturer un instant, mais pas la photosynthèse quotidienne totale.

« Ces résultats indiquent que les organismes récifaux, y compris les coraux et les algues, optimisent très probablement la photosynthèse au même degré que les plantes terrestres, à l'échelle d'un jour ou plus, " a déclaré Sawall.

Du point de vue d'un scientifique des récifs essayant de comprendre comment fonctionnent les écosystèmes récifaux, ces résultats désignent la photosynthèse comme un « intégrateur écologique, " c'est-à-dire que les taux de photosynthèse répondent à tous les stress auxquels un organisme est confronté, y compris la température, disponibilité de la lumière, niveaux de dioxyde de carbone, et la disponibilité des nutriments.

Dans des recherches ultérieures, Hochberg et Sawall explorent la relation entre la couleur d'un organisme et sa photosynthèse quotidienne totale. Ces deux paramètres sont déterminés par les niveaux de pigments d'un organisme, et la recherche terrestre a démontré que la photosynthèse peut être prédite par la mesure de la couleur exprimée par les pigments. Cela signifie qu'un système de télédétection, tels que le projet CORAL Reef Airborne Laboratory (CORAL) de Hochberg, a le potentiel d'estimer directement la production primaire de l'écosystème sans avoir besoin de mesures laborieuses in situ de la chimie de l'eau. La production primaire est l'une des métriques que les scientifiques utilisent pour mesurer la santé des récifs et la fonction de l'écosystème. Des estimations précises de la production primaire sont particulièrement importantes pour déterminer comment les récifs du monde entier sont touchés par le changement climatique mondial.