Un modèle de système terrestre basé sur un réseau de neurones a conduit l'Université de Californie, Les océanographes d'Irvine arrivent à une conclusion surprenante :les populations de phytoplancton vont croître dans les eaux des basses latitudes d'ici la fin du 21e siècle.

Le résultat inattendu de la simulation va à l'encontre de la croyance de longue date de nombreux membres de la communauté des sciences de l'environnement selon laquelle le futur changement climatique mondial rendra les océans tropicaux inhospitaliers au phytoplancton, qui sont à la base du réseau trophique aquatique. Les chercheurs de l'UCI fournissent la preuve de leurs découvertes dans un article publié aujourd'hui dans Géosciences de la nature .

Auteur principal Adam Martiny, Professeur UCI en océanographie, a expliqué que la pensée dominante sur la biomasse du phytoplancton est basée sur un océan de plus en plus stratifié. Le réchauffement des mers inhibe le mélange entre la couche froide plus lourde dans les eaux chaudes profondes et plus légères plus près de la surface. Avec moins de circulation entre les niveaux, moins de nutriments atteignent les strates supérieures où ils peuvent être accédés par le plancton affamé.

"Tous les modèles climatiques intègrent ce mécanisme, et cela a conduit à ces prédictions bien établies que la productivité du phytoplancton, la biomasse et l'exportation dans l'océan profond diminueront toutes avec le changement climatique, " a-t-il dit. " Les modèles du système terrestre sont largement basés sur des études de laboratoire sur le phytoplancton, mais bien sûr, les études de laboratoire sur le plancton ne sont pas le véritable océan."

Selon Martiny, les scientifiques tiennent traditionnellement compte du plancton en mesurant la quantité de chlorophylle dans l'eau. Il y a beaucoup moins de verdure dans les régions de basse latitude qui sont très chaudes par rapport aux régions plus froides plus éloignées de l'équateur.

"Le problème est que la chlorophylle n'est pas tout ce qui est dans une cellule, et en fait dans les basses latitudes, beaucoup de plancton se caractérisent par une très petite quantité de celui-ci; il y a tellement de soleil, le plancton n'a besoin que de quelques molécules de chlorophylle pour obtenir suffisamment d'énergie pour se développer, " a-t-il noté. " En réalité, nous avons eu jusqu'à présent très peu de données pour démontrer réellement s'il y a ou non plus ou moins de biomasse dans les régions subissant une stratification. Par conséquent, la base empirique pour moins de biomasse dans les régions plus chaudes n'est pas si solide."

Ces doutes ont conduit Martiny et ses collègues de l'UCI à mener leur propre recensement du phytoplancton. Analyser des échantillons de plus de 10, 000 emplacements dans le monde, l'équipe a créé une synthèse globale des principaux groupes de phytoplancton qui poussent dans les régions chaudes.

La grande majorité de ces espèces sont de très petites cellules appelées picophytoplancton. Dix fois plus petit en diamètre que les souches de plancton que l'on trouverait au large des côtes californiennes - et 1, 000 fois moins volumineux, le picophytoplancton n'en est pas moins important, 80 à 90 pour cent de la biomasse planctonique dans la plupart des régions chaudes.

Le groupe a construit des cartes globales et comparé la quantité de biomasse le long du gradient de température, un paramètre clé, selon Martiny. Mener une analyse d'apprentissage automatique pour déterminer la différence maintenant par rapport à l'an 2100, ils ont trouvé une grande surprise :« Dans de nombreuses régions, il y aurait une augmentation de 10 à 20 pour cent de la biomasse du plancton, plutôt qu'un déclin, " dit Martine.

"L'apprentissage automatique n'est pas biaisé par l'esprit humain, " a-t-il dit. " Nous donnons simplement au modèle des tonnes et des tonnes de données, mais ils peuvent nous aider à remettre en question les paradigmes existants."

L'une des théories explorées par l'équipe pour expliquer la croissance, avec l'aide du co-auteur François Primeau, Professeur UCI de science du système Terre, avait à voir avec ce qui arrive au phytoplancton à la fin de son cycle de vie.

« Quand le plancton meurt, en particulier ces petites espèces, il reste assis un peu plus longtemps, et peut-être qu'à haute température, d'autres planctons peuvent plus facilement les dégrader et recycler les nutriments pour construire une nouvelle biomasse, " dit Martine.

De telles caractéristiques de l'écosystème ne sont pas facilement prises en compte par les modèles mécanistes du système Terre, selon Martiny, mais ils faisaient partie de l'ensemble de données géographiquement diversifié que l'équipe a utilisé pour former son modèle de niche quantitatif dérivé du réseau neuronal.

Martiny a déclaré que cette étude faisant suite à une recherche publiée l'été dernier est une preuve supplémentaire de la diversité et de la résilience du phytoplancton.

"Nous pourrions évidemment laisser le changement climatique devenir incontrôlable et entrer en territoire complètement inexploré, et puis tous les paris sont ouverts, " dit-il. " Mais au moins pendant un certain temps, Je pense que les capacités d'adaptation de ces diverses communautés de plancton les aideront à maintenir une biomasse élevée malgré ces changements environnementaux."

Aux côtés de Martiny et Primeau se trouvaient les auteurs Pedro Flombaum, ancien chercheur postdoctoral UCI et plus tard chercheur invité en science du système terrestre (actuellement professeur à l'Université de Buenos Aires, Argentine), et Weilei Wang, Chercheur postdoctoral UCI en science du système Terre. L'étude a reçu le soutien du programme Ten Big Ideas de la National Science Foundation et du U.S. Department of Energy Office of Biological and Environmental Research.