Sous certaines conditions, un récif peut abriter soit une communauté corallienne florissante, soit un champ d'algues luxuriant, en fonction de ce par quoi ça a commencé. Crédit :Kai Kopecky, Russ Schmitt
Les récifs tropicaux sont des écosystèmes vulnérables, sensible à une variété de conditions environnementales et de perturbations, qui peuvent changer leur composition de récifs coralliens vibrants à de vastes champs d'algues ou de décombres stériles.
Maintenant, les chercheurs de l'UC Santa Barbara ont établi que ces communautés distinctement différentes peuvent persister dans les mêmes conditions exactes. Les résultats, qui apparaissent dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , pourrait avoir de vastes implications pour l'écologie et la conservation dans le monde entier.
Macroalgues, communément appelée algue, a tendance à supplanter le corail sur les récifs à moins qu'il ne soit contrôlé par les herbivores. Par conséquent, la quantité d'herbivore sur un récif est un facteur important pour déterminer si le site sera un récif de corail ou un champ d'algues.
"Les récifs dans de nombreuses régions du monde sont passés des coraux aux algues, et la question est de savoir ce qui maintient le récif dominé par les algues plutôt que de retourner au corail, " a déclaré le professeur Sally Holbrook du Marine Science Institute (MSI) de l'UC Santa Barbara, l'un des co-auteurs de l'article.
Si vous commencez avec beaucoup d'algues (courbe verte), il faut plus d'herbivores pour passer à une communauté dominée par les coraux. Si vous commencez avec du corail (courbe orange), le corail restera même sous des niveaux d'herbivorie inférieurs. Crédit :Matt Perko
Une possibilité est que l'environnement a changé d'une manière qui favorise les algues, et donc même si les algues disparaissaient, les nouvelles conditions ne conviendraient plus au corail. Mais les chercheurs voulaient déterminer s'il pouvait y avoir une autre explication, un avec des implications très différentes pour la gestion des récifs coralliens. Ils ont cherché à savoir si une communauté corallienne robuste et une communauté d'algues robustes pouvaient à la fois se produire et persister dans les mêmes conditions environnementales, à savoir la quantité d'herbivores sur le récif.
Dans des expériences sur le site de recherche écologique à long terme sur les récifs coralliens de Moorea, financé par la National Science Foundation, à Moorea, Polynésie française, le groupe a d'abord recherché s'il existait un niveau d'herbivorie auquel les coraux et les algues pouvaient persister sur le récif, appelée région bistable. Et si tel était le cas, ils voulaient déterminer où se situait cette fenêtre par rapport aux conditions actuelles sur le récif.
Les chercheurs ont réduit l'activité des herbivores à différents niveaux en mettant en cage certaines zones du récif afin que les poissons ne puissent pas grignoter les algues. Ils ont installé des cages de la taille d'un grille-pain, en groupes, sur des zones qui avaient initialement ou n'avaient pas d'algues. Chaque groupe avait des cages avec une variété de tailles de trous qui créaient un gradient à partir de sites difficilement accessibles aux herbivores, à ceux qui accueillaient tous sauf les plus gros mangeurs d'algues.
Cette configuration a permis à l'équipe de recherche de déterminer quels niveaux d'herbivorie empêchaient les algues de s'installer, ainsi que les niveaux nécessaires pour éliminer les algues existantes. Ils ont découvert que le flip ne se produisait pas dans les mêmes conditions dans les deux sens.
"Nous avons découvert qu'il faut beaucoup plus d'herbivores pour éliminer les algues que pour les empêcher, " a déclaré l'auteur principal Russ Schmitt, aussi avec MSI, et professeur au Département d'écologie, Évolution et biologie marine. "Cela signifie qu'il y a une quantité d'herbivores où l'habitat pourrait persister sous forme de récif de corail ou de récif dominé par les algues, selon que la communauté a commencé comme corail ou algues. Rien d'autre ne doit différer."
Un poisson-licorne à épine orange broute des sargasses, avec les cages expérimentales visibles en arrière-plan. Crédit :Russ Schmitt
Comme l'expérience a duré plusieurs années, l'équipe a pu démontrer que leurs résultats se sont maintenus sur plusieurs générations d'algues. "C'est la première fois qu'une expérience sur le terrain montre qu'il est possible pour deux, des communautés persistantes d'exister dans les mêmes conditions sur un récif corallien, " dit Schmitt.
Et les résultats sont plus qu'académiques. "L'une des raisons pour lesquelles cette découverte est importante est qu'elle suggère qu'un choc important sur le récif peut le faire passer du corail aux algues sans aucun changement dans la quantité d'herbivore, " a déclaré la co-auteure Samantha Davis, le coordonnateur des programmes de recherche de premier cycle au Centre des partenariats scientifiques et techniques de l'université. "Et une fois retourné, le récif restera alors dominé par les algues."
Scientifique de recherche MSI Thomas Adam, un autre des co-auteurs de l'article, est d'accord. "Le retournement est difficile à inverser car seule une très grande perturbation pourrait faire revenir le récif au corail, " a-t-il dit. "Notre deuxième expérience sur le terrain a testé cette idée."
L'idée est que si les conditions étaient dans cette région bistable, puis après un petit choc, la communauté devrait revenir à son état antérieur. Un gros choc, d'autre part, changerait le paradigme sous lequel le système fonctionnait, l'envoyer vers une composition différente, où il resterait alors.
L'équipe a simulé un événement comme un cyclone en nettoyant les algues de petites parcelles du récif du lagon, une section qu'ils avaient déterminée se trouvait dans cette région de stabilité superposée. Et le récif s'est comporté exactement comme le modèle l'avait prédit. Les zones vierges sont restées dans leur état initial d'algues, tandis que les zones modérément perturbées sont revenues aux champs d'algues et sont restées ainsi pendant des années. Cependant, récifs soumis à une perturbation plus drastique retournés à un état sans algues, qui a permis au corail de s'installer. Hormis les différentes perturbations au début de l'expérience, les conditions environnementales étaient les mêmes sur tous les sites.
Dans la région où les deux États se chevauchent, un grand choc - comme un cyclone - peut changer le comportement du système même si les conditions - comme l'herbivorie - restent les mêmes. Crédit :Matt Perko
Cette dynamique présente deux défis pour la conservation. D'abord, il démontre que la restauration d'un système altéré à son état antérieur, comme la réhabilitation d'un lagon couvert d'algues en un récif de corail florissant, est plus difficile que de simplement maintenir une communauté dans son état initial. Seconde, cela suggère que même un écosystème apparemment sain pourrait être vulnérable à des changements dramatiques dans sa communauté. Sans changer les conditions sur le récif, une secousse suffisamment importante pour le système pourrait déplacer un écosystème dans un autre état, où il restera alors piégé.
Heureusement, la méthodologie de l'étude elle-même offre un outil puissant pour déterminer à quel point un écosystème peut être vulnérable au passage d'un état à un autre, ainsi que pour évaluer à quel point il peut être difficile d'inverser un tel commutateur. "Les méthodes que nous avons développées fournissent une feuille de route pour évaluer où se trouve un écosystème sur un gradient environnemental - dans notre cas, différents niveaux d'herbivorie - par rapport à un point de basculement où l'écosystème peut basculer d'un état persistant à un autre, " a déclaré Andrew Brooks, scientifique du projet MSI, également co-auteur. Cela leur permet également de déterminer si ce point de basculement se situe dans une région de bis-stabilité.
"Les récifs coralliens s'éloignent, " a déclaré Dan Thornhill, un directeur du programme de recherche écologique à long terme de la National Science Foundation. « Nous assistons à un changement mondial des écosystèmes de récifs coralliens dynamiques vers des champs d'algues. Mais ces scientifiques montrent que dans les bonnes conditions, les récifs peuvent rebondir après une perturbation."
