Les scientifiques échantillonnent un tapis brun de phytoplancton agrégé. Crédit :Katrin Schmidt
Selon les recherches de l'Université d'East Anglia et de l'Earlham Institute, le réchauffement climatique est susceptible de provoquer des changements brusques dans d'importantes communautés d'algues en raison du déplacement des limites des « points de rupture » de la biodiversité dans les océans.
Une nouvelle étude, publié aujourd'hui dans la revue Communication Nature , constate qu'à mesure que le changement climatique étend l'hémisphère chaud, ces limites devraient se déplacer vers les pôles au cours des 100 prochaines années.
Au lieu d'un changement progressif de la diversité microbienne dû au réchauffement, les chercheurs suggèrent que cela se produira plus brusquement à ce qu'ils appellent des "points de rupture" - partout où la température de l'océan supérieur est d'environ 15 degrés en moyenne annuelle, séparer les eaux froides et chaudes.
Le Royaume-Uni est l'une des régions les plus susceptibles d'être gravement touchées, et plus soudainement qu'on ne le pensait auparavant. Mais l'équipe dit que les changements pourraient être arrêtés si nous agissons rapidement pour arrêter le changement climatique.
Pr Thomas Mock, de l'École des sciences de l'environnement de l'UEA, a déclaré:"Les algues sont essentielles au maintien d'un écosystème sain pour équilibrer la vie océanique. En absorbant l'énergie de la lumière du soleil, dioxyde de carbone et eau, ils produisent des composés organiques pour la vie marine.
"Ces organismes sous-tendent certains des plus grands réseaux trophiques de la Terre et sont à l'origine des cycles biogéochimiques mondiaux.
« Responsable d'au moins 20 % de la fixation mondiale annuelle du carbone, les changements de température pourraient avoir un impact significatif sur les algues que nos systèmes marins, dont dépendent la pêche et la biodiversité des océans.
À mesure que la température moyenne de la surface de la mer augmente en raison du changement climatique, Thomas Mock a vu la vie aquatique changer - par exemple, ce bar européen - au large de la côte sud-est de l'Angleterre. Le bar européen a une plage de température optimale d'environ 50 à 77 degrés Fahrenheit, tandis que la morue, emblématique pour sa popularité dans les magasins de poisson-frites britanniques, préfèrent vivre entre environ 34 à 59 degrés Fahrenheit. Crédit :Thomas Mock
"Nous voulions mieux comprendre l'impact de la crise climatique sur les algues dans le monde, de l'Arctique à l'Antarctique."
La recherche a été menée par des scientifiques de l'UEA en collaboration avec le Joint Genome Institute (JGI, États-Unis) et l'Earlham Institute (Royaume-Uni).
L'étude majeure a été menée sur plus de 10 ans par une équipe internationale de 32 chercheurs, d'institutions telles que l'Université d'Exeter au Royaume-Uni et l'Institut Alfred Wegener pour la recherche polaire et marine en Allemagne.
Il s'agissait de la première analyse pôle à pôle de la répartition géographique des algues (phytoplancton eucaryote) et de leurs gènes exprimés dans les océans. Ainsi, l'équipe a étudié comment l'activité de leurs gènes change en raison des conditions environnementales dans la partie supérieure de l'océan d'un pôle à l'autre.
Comme la partie supérieure de l'océan connaît déjà un réchauffement important en raison de l'augmentation du CO
La diversité et l'activité génétique des communautés d'algues sont façonnées par des interactions avec des organismes microscopiques unicellulaires, ou procaryotes, dans le cadre de microbiomes complexes.
Les chercheurs ont découvert que ces communautés mondiales peuvent être divisées en deux groupes principaux, des organismes qui vivent principalement dans les eaux polaires froides et les eaux non polaires chaudes.
Les scientifiques échantillonnent les communautés de phytoplancton sous la glace à l'aide d'une « chaise momie ». Les communautés sous la glace sont vitales pour, par exemple, le krill et d'autres organismes se nourrissant sous la glace. Crédit :Katrin Schmidt
Les modèles géographiques s'expliquent le mieux par les différences dans la structure physique de l'eau (par exemple, eau froide mixte saisonnière contre eau chaude stratifiée en permanence) de la partie supérieure de l'océan causée par des gradients de température latitudinaux.
Les organismes ont été analysés par extraction d'acides nucléiques et séquençage d'ADN et d'ARNm d'échantillons collectés lors de quatre croisières de recherche dans l'océan Arctique, Océan Atlantique Nord, Océan Atlantique Sud et Océan Austral.
Le professeur Mock a déclaré :« Des efforts internationaux importants ont permis de mieux comprendre ce qui détermine la diversité de ces organismes et leur biogéographie mondiale dans l'océan mondial, cependant, la compréhension des conditions environnementales responsables des différences entre les communautés d'espèces locales à grande échelle d'un pôle à l'autre est encore limitée.
"Nos résultats fournissent de nouvelles informations sur la corrélation entre les conditions environnementales changeantes et les changements de biodiversité soumis à des fluctuations et des perturbations environnementales à grande échelle. Cette connaissance est essentielle pour prédire les conséquences du réchauffement climatique et peut donc guider la gestion de l'environnement.
"Nous pouvons nous attendre à ce que les systèmes marins autour du Royaume-Uni et d'autres pays à cette latitude soient gravement affectés, et plus soudainement qu'on ne le pensait auparavant.
"Le plus grand changement d'écosystème se produira lorsque les communautés de microalgues marines et leurs bactéries associées autour du Royaume-Uni seront remplacées par leurs homologues d'eau chaude.
« Cela devrait être causé par la frontière de l'écosystème qui se déplace vers les pôles ou le « point de rupture de la biodiversité » séparant les deux communautés. Pour que cela se produise, la température moyenne annuelle de l'océan supérieur doit devenir plus chaude que 15 °C.
Colorer l'eau, les algues Phaeocystis fleurissent sur le côté du récipient d'échantillonnage, Polarstern, dans la région tempérée de l'Atlantique Nord. Crédit :Katrin Schmidt
"Ce n'est pas irréversible cependant, si nous pouvons arrêter le réchauffement climatique, " il ajouta.
Co-auteur Dr Richard Leggett à l'Institut Earlham, a ajouté : « Cette étude montre également le rôle important que les progrès des technologies de séquençage de l'ADN ont joué dans la compréhension des écosystèmes océaniques et, ce faisant, aider les chercheurs à faire la lumière et à s'attaquer à certains des plus grands défis environnementaux auxquels la planète est confrontée."
Les travaux ont été dirigés par deux anciens doctorants. étudiants des écoles des sciences de l'environnement et de l'informatique de l'UEA, Dr Kara Martin (également basée à l'Institut Earlham) et Dr Katrin Schmidt.
Le Dr Martin a déclaré :« Ces résultats suggèrent que la limite écologique la plus importante dans la partie supérieure de l'océan sépare les microbiomes d'algues polaires et non polaires dans les deux hémisphères, qui non seulement modifie l'échelle spatiale des microbiomes d'algues, mais se déplace également vers les pôles en raison du réchauffement climatique.
"Nous prévoyons que les "points de rupture" de la diversité microbienne se déplaceront nettement vers les pôles en raison du réchauffement - en particulier autour des îles britanniques - avec des changements brusques dans les microbiomes algaux causés par le changement climatique induit par l'homme.
"Ce fut une expérience merveilleuse et une opportunité incroyable de travailler avec une équipe magnifique. Ensemble, nous avons analysé un ensemble de données étonnant qui étend la latitude de notre recherche microbienne océanique, nous permettant de mieux comprendre l'évolution de notre océan d'un pôle à l'autre."
Le Dr Schmidt a déclaré :« Au cours de nos croisières de recherche, nous avons déjà remarqué des communautés d'algues très différentes des eaux chaudes aux eaux froides. dans les deux hémisphères. Et plus important encore, cette limite modifie non seulement la mise à l'échelle spatiale des microbiomes d'algues, mais se déplace également vers les pôles en raison du réchauffement climatique."
Un ours polaire curieux près du Groenland vérifie le brise-glace Polarstern. Ours polaires, qui se nourrissent de phoques, font partie de la chaîne alimentaire de l'océan Arctique que le changement climatique menace. Crédit :Katrin Schmidt
le professeur Tim Lenton, de l'Université d'Exeter a déclaré :« Alors que l'océan se réchauffe avec le changement climatique au cours de ce siècle, nous prédisons que le « point de rupture » entre le froid, communautés de microalgues polaires et chaudes, les communautés de microalgues non polaires se déplaceront vers le nord à travers les mers autour des îles britanniques.
"Comme les microalgues sont essentielles à la base de la chaîne alimentaire, nous pouvons nous attendre à des changements majeurs dans le reste de l'écosystème marin, avec des implications pour la pêche, ainsi que la conservation marine.
"La" pompe à carbone biologique "par laquelle l'océan absorbe le dioxyde de carbone de l'atmosphère changera avec ce changement dans les communautés de microalgues - devenant probablement moins efficace - ce qui pourrait à son tour amplifier le réchauffement climatique."
Le séquençage a été effectué au JGI dans le cadre du projet du programme scientifique communautaire Sea of Change :Communautés eucaryotes de phytoplancton dans l'océan Arctique.
"La différenciation biogéographique des microbiomes d'algues dans la partie supérieure de l'océan de pôle à pôle" est publiée dans Communication Nature le 16 septembre, 2021.
