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Biodiversité

Des caméras sous-marines pour estimer la répartition mondiale du zooplancton

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Pour la première fois, dans le cadre d’une collaboration internationale, une équipe de recherche du Laboratoire d’Océanographie de Villefranche sur Mer (LOV, Sorbonne Université/CNRS) a rassemblé un immense jeu de données sur le zooplancton acquis par des caméras sous-marines à l’échelle globale. Son analyse1 a permis de modéliser la composition et la biomasse océanique du zooplancton. Les estimations montrent des valeurs de biomasse maximales dans les zones productives équatoriales, tempérées et polaires, ainsi que des valeurs minimales au niveau des déserts océaniques. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Frontiers of Marine Science le 9 août 2022.

Voir en ligne : L’annonce sur le site du CNRS

Le changement climatique pourrait favoriser le développement du plancton de petite taille en Méditerranée Nord-Occidentale

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Une équipe constituée de chercheurs du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD), du Laboratoire d’aérologie (LA/OMP, UPS / CNRS), de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université du Sud – Toulon – Var / IRD / Université Aix-Marseille) et du Groupe d’étude de l’atmosphère météorologique (CNRM-GAME, Météo-France / CNRS) a examiné, par modélisation à l’aide d’un modèle couplé hydrodynamique – biogéochimie, la réponse de l’écosystème planctonique de Méditerranée Nord-Occidentale à l’évolution des conditions atmosphériques et hydrodynamiques d’ici la fin du XXIe siècle. La contribution de cet écosystème au stockage du carbone ne montrerait pas de changement significatif. En revanche, le réchauffement et l’appauvrissement en sels nutritifs de la couche de surface favoriseraient le développement du plancton de petite taille. Il ressort également que le choix des conditions biogéochimiques initiales et aux frontières imposées au modèle couplé induit de fortes incertitudes.

La Méditerranée a été identifiée comme l’un des « points chauds » du changement climatique car compte tenu de sa petite taille, les impacts des variations climatiques sur la circulation océanique et les écosystèmes marins se ressentent rapidement sur l’ensemble du bassin. En Méditerranée Nord-Occidentale, l’une des zones biologiquement les plus productives de Méditerranée, la convection profonde est l’un des mécanismes hydrodynamiques clefs :

  • en hiver, les épisodes de vent du nord (Mistral et Tramontane) y provoquent un refroidissement, et donc une densification, des eaux de surface, induisant un fort mélange vertical de la colonne d’eau qui permet d’apporter à la surface les sels nutritifs initialement présents dans les couches profondes de l’océan ;
  • au printemps, le mélange cesse et la chlorophylle peut de nouveau se développer par photosynthèse dans la couche de surface enrichie en nutritifs et stabilisée ; c’est le « bloom » phytoplanctonique.

Or la plupart des études de modélisation prévoient un affaiblissement du mélange vertical hivernal et un réchauffement de la couche de surface d’ici la fin du XXIe siècle en Méditerranée. Quel impact cette évolution aura-t-elle sur l’écosystème planctonique ? Cette question est importante car le plancton joue un rôle majeur dans la biodiversité et les ressources halieutiques locales, en tant que premier maillon de la chaine alimentaire marine, ainsi que dans le climat global via sa contribution à la séquestration océanique du carbone.

Cycle annuel de la concentration en carbone (mmolC.m-3) des groupes planctoniques de petite taille (pico-phytoplancton, nano-zooplancton et bactéries) et du carbone organique dissous (COD). L’enveloppe bleue (rouge) représente le groupe des 7 années de la période 1961-1990 (respectivement 2070-2099). Le cadre au-dessus des courbes donne la valeur de la p-value : si celle-ci est inférieure à 0,05 (zones grisées), la différence entre les périodes future et présente est significative. Pour comprendre la réponse de l’écosystème planctonique de Méditerranée Nord-Occidentale aux variabilités atmosphérique et hydrodynamique à plus ou moins long terme, des chercheurs du LEGOS, du LA, du MIO et du GAME ont réalisé deux jeux de sept simulations annuelles représentatives respectivement des périodes 1961-1990 et 2070-2099 au moyen d’un modèle numérique couplé hydrodynamique (SYMPHONIE) – biogéochimie (Eco3M).

De ces simulations, il ressort que l’affaiblissement du mélange vertical entre le XXe et la fin du XXIe siècle conduirait à une diminution de la disponibilité en sels nutritifs et qu’en parallèle, le réchauffement de la couche de surface provoquerait une augmentation de la production primaire brute (qui dépend de la température), c’est-à-dire de la fixation de carbone par photosynthèse chlorophyllienne. Cette combinaison de l’appauvrissement nutritif et de l’augmentation de la production primaire donnerait lieu à une augmentation de l’exsudation phytoplanctonique, un processus permettant aux organismes phytoplanctoniques de se « débarrasser » de leur trop-plein de carbone, par rapport aux autres éléments chimiques (azote, phosphore, silicium), sous forme de carbone organique dissous (COD) (perte de biomasse). La forte augmentation de concentration en COD qui en découlerait favoriserait alors le développement de bactéries 1 consommatrices de COD et productrices d’ammonium, et conduirait ainsi à une augmentation de la biomasse du pico-phytoplancton (le plus petit groupe de phytoplancton qui consomme préférentiellement de l’ammonium) et du nano-zooplancton (le plus petit groupe de zooplancton qui consomme bactéries et pico-phytoplancton). Au final, seuls les groupes planctoniques de petite taille (pico-phytoplancton, nano-zooplancton et bactéries) subiraient une augmentation significative de leur biomasse entre le XXe et la fin du XXIe siècle, une évolution qui induirait une modification de la composition de l’écosystème planctonique mais pas d’augmentation de la biomasse globale, la biomasse des groupes de petite taille ne représentant qu’une faible fraction de la biomasse totale. En outre, la contribution de cet écosystème au cycle du carbone ne subirait pas de changement significatif entre les périodes présente et future. En effet, les simulations montrent :

  • que l’augmentation du rejet de dioxyde de carbone, en grande partie lié à la respiration bactérienne, compense presque exactement celle de la fixation liée à la production primaire, et que donc la fixation nette de dioxyde de carbone par l’écosystème reste inchangée ;
  • que l’affaiblissement du transport vertical des masses d’eau est compensé par l’augmentation de leur concentration en COD, et que donc l’export en profondeur de carbone organique ne varie pas de façon significative.

Les chercheurs ont également effectué des exercices de sensibilité pour évaluer l’influence des différentes sources d’incertitudes associées à la stratégie de modélisation mise en œuvre. Les incertitudes associées au choix des conditions biogéochimiques initiales et aux frontières sont très élevées : elles peuvent atteindre 70 % et sont donc du même ordre ou d’un ordre de grandeur supérieur à celles associées à la variabilité interannuelle et à l’évolution à long terme de l’écosystème. Quant aux incertitudes liées au choix du forçage atmosphérique de surface [flux de chaleur, d’eau (évaporation et précipitation) et de quantité de mouvement (vent)], du forçage hydrologique et du scénario socio-économique, elles restent inférieures à 7 %, tandis que celle liée au forçage hydrodynamique peut aller jusqu’à 30 %, les évolutions simulées entre présent et futur allant toujours dans le même sens quel que soit le forçage considéré.

1. Ces bactéries, qui font partie du groupe planctonique de petite taille, consomment une fraction importante de la matière organique dissoute. Inversement, elles rejettent des sels nutritifs inorganiques (ammonium, phosphates…) au cours d’un mécanisme dit d’excrétion, ainsi que du CO2 au cours de la respiration bactérienne. L’ensemble de ces processus est appelé boucle microbienne.

Les scientifiques lancent l’alerte à propos de l’impact du dérèglement climatique sur les insectes

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Un consortium international de plus de 70 scientifiques vient de publier un article qui alerte sur les menaces que fait peser le dérèglement climatique sur les insectes, piliers du bon fonctionnement des écosystèmes. La synthèse parue dans le journal Ecological Monographs fait directement écho aux avertissements du GIEC sur les risques liés à l’augmentation rapide des températures moyennes du globe et l’intensification des événements extrêmes. Les scientifiques expliquent que si aucune mesure n’est prise, nous réduirons considérablement et définitivement notre capacité à construire un avenir durable basé sur des écosystèmes sains et fonctionnels. L’article formule plusieurs recommandations clés à adopter pour aider les insectes face au changement climatique. A la fois les pouvoirs publics, les scientifiques et l’ensemble des citoyens doivent être impliqués dans l’effort de protection.

Un constat édifiant

De par leur petite taille et leur incapacité à réguler leur température corporelle, les insectes s’avèrent particulièrement sensibles aux changements environnementaux comme la température et l’humidité. Le réchauffement dépasse déjà les seuils de tolérance de nombreuses plantes et animaux, entraînant la mort massive d’individus et la disparition de populations voire même d’espèces. Dans cet article de synthèse, les chercheurs expliquent la façon dont le dérèglement climatique module la physiologie et le comportement des insectes, avec des effets marqués sur les cycles de vie, la reproduction et la persistance des populations. En particulier, certaines espèces deviennent actives à des endroits ou des moments où elles ne l’étaient pas auparavant. D’autres espèces d’insectes au contraire s’éteignent localement. Cela conduit à des changements importants dans la structure et le fonctionnement des interactions entre espèces, avec des répercussions potentiellement graves sur la stabilité et le fonctionnement des écosystèmes, et par la suite sur la fourniture de services écosystémiques comme la pollinisation ou le contrôle des maladies.

L’article de synthèse relate également les impacts majeurs des événements climatiques extrêmes sur les insectes, lesquels s’ajoutent aux conséquences du réchauffement global et ont des répercussions en cascade de plus en plus difficiles à gérer. Les chercheurs résument l’état des connaissances sur les effets de quatre types d’événements extrêmes, dont la fréquence et l’amplitude augmentent de façon alarmante : les vagues de chaleur ou de froid, les épisodes de sécheresse, les excès de précipitations et les incendies. Le constat est accablant, avec des effets instantanés et brutaux sur les populations d’insectes affectées. Bien que les effets à long terme de ces événements extrêmes restent peu explorés, les pronostics sont mauvais pour les nombreuses espèces qui n’ont pas les capacités de résistance et d’adaptation à de telles pressions environnementales.

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De nombreuses espèces d’insectes souffrent déjà de l’effet du réchauffement climatique et des événements climatiques extrêmes.
Figure 1 : (a) Par exemple, la libellule empereur (Anax imperator) s’est redistribuée vers le nord et des altitudes plus élevées en Europe depuis 2000 (Platts et al., 2019). (b) En Californie et au Mexique, le papillon damier (Euphydryas editha quino) qui demeure en danger d’extinction a réagi au réchauffement récent en se déplaçant vers des altitudes plus élevées et en abandonnant sa plante alimentaire préférée des plaines, une espèce de plantain (Parmesan et al., 2015). (c) De nombreux déclins récents d’insectes très vulnérables, tels que les bourdons terricoles (Bombus terricola), ont été attribués aux extrêmes climatiques, et en particulier aux vagues de chaleur (Martinet et al., 2015). (d) L’exposition aux vagues de chaleur peut avoir des effets importants sur la reproduction des insectes. Par exemple, la guêpe parasite Gelis agilis voit sa capacité à exploiter ses hôtes fortement altérée lors de ces événements de température élevée (Chen et al., 2019).

Crédit : Photographie de libellule empereur par Tim Bekaert ; photo du papillon damier par Andrew Fisher ; photo du bourdon terricole par Rob Foster ; photo de Gelis agilis par Tibor Bukovinszky, avec autorisation.

Quelles actions à grande échelle ?

Les chercheurs alertent : des actions urgentes et à plusieurs niveaux sont nécessaires pour conserver les insectes, à la fois dans une optique de sauvegarde de la biodiversité, de préservation des espèces emblématiques, et de maintien des activités humaines comme l’agriculture. L’action passe d’abord par les politiques publiques, à l’échelle des pays ou des continents. L’accord de Paris, ainsi que les COP 1 à 26, constituent un début prometteur, mais toutefois insuffisant.

Trois ingrédients sont essentiels à la survie des insectes face aux extrêmes climatiques : des refuges microclimatiques appropriés, l’accès à une source d’eau, l’accès à une source nutritive sans pesticides. De ce fait, les zones naturelles existantes doivent être strictement préservées, voire même étendues. Nous devons repenser l’agriculture, en mettant l’accent sur l’intensification écologique des systèmes de production, et en créant des patchs d’habitats naturels dédiés à l’atténuation des effets négatifs du dérèglement climatique. La préservation de la biodiversité, dont celle des insectes, repose sur un changement de cap dans divers domaines, notamment la réduction progressive de l’utilisation des combustibles fossiles, la protection des écosystèmes et la restauration de la biodiversité, le passage à une alimentation essentiellement végétale et l’abandon du dogme de la croissance infinie (dans une planète aux ressources finies) au profit d’une économie écologique et circulaire.

Que peut-on faire, à l’échelle individuelle ?

Bien que les actions ayant le plus d’impact soient celles mises en œuvre par les institutions dirigeantes, les décisions prises à des échelles plus petites par les individus ou les communes peuvent faire une grande différence pour la conservation des insectes face au dérèglement climatique. Par exemple, les bas-côtés des routes, les espaces verts publics et les jardins individuels constituent des habitats et des refuges importants pour les insectes. Ainsi, il est nécessaire d’investir dans la vulgarisation afin de promouvoir le rôle des insectes dans les écosystèmes auprès de tous types de publics, dont les enfants, et ce particulièrement dans les villes, où les effets des extrêmes climatiques sont souvent exacerbés. Les particuliers peuvent jouer un rôle important pour rendre les villes plus adaptées à la vie des insectes et des autres espèces végétales et animales. Les solutions sont généralement peu coûteuses et les scientifiques expliquent quelles actions pertinentes sont à mettre en place à l’échelle individuelle. Le jardin s’avère un bon endroit pour conserver des plantes sauvages et à fleur ou en implanter, même un rebord de fenêtre conçu de manière appropriée peut être adéquat. Le jardinage respectueux des insectes réduit l’empreinte carbone individuelle et nous récompense sous la forme de produits comestibles et d’une abondance florale, appréciée par les humains et leurs amis à six pattes.

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Comment le myrte a survécu dans les montagnes-refuges du Sahara ?

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Cousin du myrte commun de Méditerranée, le myrte de Nivelle subsiste depuis 1 million d’années en plein cœur du Sahara. Grâce aux travaux de l’Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie marine et continentale à Marseille (IMBE – CNRS/Université Aix-Marseille/IRD/Université d’Avignon), on en sait plus aujourd’hui sur la façon dont cette plante a fait face à la succession d’épisodes climatiques humides puis arides qui ont marqué l’histoire de la région.

C’est une plante arbustive qu’on trouve exclusivement dans les massifs montagneux du Sahara central. Arrivée il y a 1 million d’années des rives méditerranéennes à la faveur d’un des nombreux épisodes humides qui ont jalonné l’histoire de ce désert, le myrte de Nivelle survit depuis dans ces forteresses de pierre séparées de plusieurs centaines de kilomètres. Pour percer le secret de cette longévité, des chercheurs de l’Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie marine et continentale de Marseille (CNRS/Université Aix-Marseille/IRD/Université d’Avignon) se sont livrés à une vaste étude génétique dont les résultats sont publiés ces jours-ci dans PLOS ONE. « Au total, 215 échantillons de myrte récoltés dans trois massifs du sud algérien – Hoggar, Tassili n’Ajjer et Tassili n’Immidir – ont été analysés » détaille Jérémy Migliore, le premier auteur de l’article, post-doctorant à l’Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie marine et continentale (IMBE).

Le myrthe de Nivelle
Présent dans les seuls massifs montagneux du Sahara, le myrte de Nivelle a fait preuve d’une remarquable capacité de survie face aux changements climatiques successifs.
Crédit : Jérémy Migliore

Première découverte : les myrtes de chaque massif constituent des groupes génétiques bien distincts, une différenciation due à l’isolement de ces massifs durant les périodes arides. Quelques individus, notamment du Tassili n’Ajjer, sont néanmoins proches de ceux du Hoggar, n’excluant pas d’anciennes connexions durant les épisodes pluviaux – une hypothèse renforcée par les pollens fossiles qui suggèrent une distribution du myrte beaucoup plus étendue lors des deux dernières périodes humides. « Lorsque les conditions sont réunies, la plante fait preuve d’un remarquable dynamisme », commente le chercheur.

Mais les capacités de réponse du myrte du Sahara vont bien au-delà : les chercheurs ont en effet eu la surprise de découvrir une cinquantaine de clones – des individus au profil génétique rigoureusement identique – parmi leurs échantillons ! Preuve que la plante utilise le clonage pour se reproduire, en plus de la reproduction sexuée par pollinisation et essaimage des fruits par les oiseaux : arrachés par le vent ou les crues violentes des oueds, certains morceaux de plante vont faire racine un peu plus loin. « Cette stratégie qu’on ne retrouve pas chez le myrte commun de Méditerranée augmente les chances de reproduction dans des environnements difficiles », explique Jérémy Migliore. Des découvertes rassurantes, qui confirment que les plantes ne sont pas sans ressources face aux bouleversements climatiques actuels.

 

Cartographie des organismes planctoniques marins

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Après avoir effectué un énorme travail de récupération puis de traitement de plus d’un demi-million de données existantes, une collaboration internationale de modélisateurs marins et d’analystes de données de terrain vient d’éditer le premier atlas global de la biomasse et de la diversité des onze principaux groupes planctoniques marins. L’exploitation de cette mine d’information, qui n’en est qu’à ses débuts, apporte déjà des résultats étonnants. Destiné à être enrichi de toutes nouvelles données, cet atlas permettra notamment de suivre l’évolution des stocks des espèces étudiées.

 

En Méditerranée, la faible connectivité des aires marines protégées menace la préservation de la biodiversité

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Enjeu majeur de préservation de la biodiversité la mer Méditerranée compte plus d’une centaine d’Aires marines protégées (AMP). Afin d’évaluer l’efficacité de ce réseau d’AMP, des chercheurs de l’IRD, du CNRS, de l’Université Montpellier 2, d’Aix-Marseille Université (AMU), de Mercator Océan et de l’Université du Québ ec ont pour la première fois quantifié un élément déterminant : le degré de connectivité entre ces aires. A partir de modèles biophysiques de dispersion larvaire et en étudiant le cas du mérou brun (Epinephelus marginatus), espèce emblématique locale, ils ont démontré que le réseau d’AMP est faible ment connecté, menaçant potentiellement la préservation d’espèces présentant des caractéristiques biologiques similaires. Les résultats de cette étude, qui s’inscrivent dans le cadre du programme « modélisation et scénarios de la biodiversité » animé par la Fondation pour la recherche sur la biodiversité (FRB), sont publiés dans la revue Plos One le 8 juillet 2013.