Une expérience clé pour sonder l'avenir de nos océans acidifiants

Dans un fjord suédois, Des chercheurs européens mènent une expérience ambitieuse visant à mieux comprendre comment l'acidification des océans affectera la vie marine. En fin de compte, ces scientifiques espèrent déterminer quelles espèces pourraient gagner et qui risquent de perdre dans un océan plus acide.
Par peter friederici

L'oursin est un animal doughty qui peut résister à des mers froides et turbulentes, manger presque tout, et se défendre contre de nombreux prédateurs - si gourmands pas humains - avec son coussin d'épines difficiles. Il est l'une des créatures qui attiraient les biologistes à établir l'une des premières stations de recherche marine du monde en 1877 à Kristineberg sur la côte ouest de la Suède, pour le Gullmar Fjord abritée il est caractérisé par de profondes, eaux froides qui prennent en charge un large éventail de la vie de la mer.

Cette eau est toujours acheminé dans les laboratoires pour nourrir les aquariums remplis d'oursins, poisson, étoiles de mer, et autre faune marine locale. Mais aujourd'hui, la plupart des expériences en cours dans Kristineberg tournent autour de ce que les biologistes ont commencé à appeler «l'autre problème du CO2» - la façon dont le géant de l'humanité, expérience en cours dans la modification de l'atmosphère de la planète est à l'origine des océans deviennent plus acides. Même la vierge prospectifs Gullmar Fjord - avec ses rives de granit bordée d'épinettes et des pins, eaux claires, et les populations d'eiders grouillant, mouettes, et de nombreuses espèces de poissons - ne sont pas à l'abri de ce changement global.

Cet hiver, quelque chose de nouveau est apparu dans les eaux du fjord Gullmar: un tableau flottant dix géant, sacs de polyuréthane, chacun soutenu par son propre cadre de flottants tuyaux orange. Chaque quantité de sac à un tube à essai en suspension plus 60 pieds de profondeur et contenant presque 15,000 gallons - un soi-disant "mésocosmes" d'eau de mer naturelle et organismes fjord, séparés pendant des mois de l'eau du fjord juste à l'extérieur.

Une partie d'un projet connu sous le nom des impacts biologiques de l'acidification des océans, ou biocide, le tableau est le plus grand et le plus long terme l'étude de l'acidification des océans a tenté à ce jour. Dans la moitié des mésocosmes, une équipe de chercheurs de cinq pays européens a abaissé le pH au niveau que les océans du monde pourraient rencontrer dans 2100. Les scientifiques surveillent maintenant comment les générations de plancton et d'autres organismes allant jusqu'à la chaîne alimentaire - y compris les larves d'oursins, la morue, et le hareng - réagissent à cet environnement modifié.

Cet été, lorsque l'expérience se termine, les chercheurs croient qu'ils auront une meilleure idée de quelles espèces pourraient gagner et qui risquent de perdre dans un océan plus acide. Des expériences antérieures par des chercheurs du Centre Helmholtz GEOMAR base-allemand pour la recherche océanique et ailleurs ont montré que certains phytoplancton photosynthétiques, tels que des algues minuscules, bénéficier lorsque plus de CO2 est disponible. Organismes plus haut dans la chaîne alimentaire, puis, pourrait avoir plus de nourriture à leur disposition dans le pH 7.8 mésocosmes.

Mais face à des niveaux plus élevés d'acidité peut interférer avec la capacité des créatures comme des mollusques pour construire des coquilles et peut causer d'autres stress physiologique. Comment ces facteurs - la disponibilité des nutriments par rapport à un environnement modifié - affectent une variété d'espèces est une question clé à l'étude dans l'expérience de mésocosmes.

"Les mésocosmes offrent la possibilité de regarder des décennies dans l'avenir pour voir ce que les océans pourraient ressembler alors,», Explique Rolf Schwarz, un ingénieur au Centre Helmholtz qui a aidé à concevoir les unités expérimentales complexes.

gallery_ocean_acidification_mesocosm_yves_gladu_epocaLes océans du monde ont été faire plus acide car ils absorbent en continu du dioxyde de carbone de l'atmosphère. Ces jours-ci, les eaux marines absorbent tellement de dioxyde de carbone à partir de la combustion de combustibles ossil qu'il est comme si une voiture de train chargé pleine de carbone ont été carénage dans l'océan chaque seconde, 24/7. Parce que le CO2 réagit avec l'eau pour former de l'acide carbonique, le résultat est que l'eau de mer a été faire plus acide. Bien qu'il y ait beaucoup de variations régionales, des mesures ont montré que le pH moyen de l'océan a diminué d'environ 0.12 depuis l'ère préindustrielle, d'un point de départ 8.15 à 8.2, Ulf selon la Riebesell, un biologiste au Centre Helmholtz et l'un des leaders du projet BIOACID.

Cela pourrait ne pas sembler une grosse affaire, était-il pas pour deux facteurs. Premier, il y a la trajectoire alarmante et l'accélération de cette civilisation est sur: Selon les modèles climatologiques, at humanity’s current rate of carbon emissions the ocean’s pH would decline to 7.8 by around the year 2100. That would be the most acidic ocean in at least 300 million years, and the pH level would have changed in a much shorter period than is recorded in paleoclimatological records, according to a 2012 study led by paleoclimatologist Bärbel Hönisch of Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory.

“Comparable changes in environmental conditions like today’s acidification led to mass extinctions a number of times in the past, even though those changes took place ten to a hundred times more slowly than today,” says Riebesell.

Second, there’s been extensive laboratory work showing that many marine organisms don’t respond well to the more acidic conditions. At a pH of about 7.8, many shelled organisms dissolve. Some fish larvae grow more slowly, and clownfish and sea snails display aberrant behavior, such as swimming toward a predator. The impacts of acidification have even received attention from aquaculturists and epicurians: In the Pacific Northwest, reproductive failure at some oyster farms has been attributed to increased acidity in the waters.

It’s this plethora of documented, negative effects that led Riebesell and his team to develop the experimental mesocosms.

“It’s one thing to look at this in the lab, organism for organism,” he says. “But we really want to observe ecosystems directly, with all the factors that belong to them — predation, competition, and so on. We want to know how food webs react, not only single organisms.”

But monitoring food webs over the lifespan of fish or sea urchins, which take several years to reach maturity, would take too long and would be too costly. For that reason, Riebesell designed the mesocosm experiment to focus on many generations of plankton and other tiny ocean organisms, which mature far more quickly and will also be affected by increases in ocean acidity.

It’s an intriguing idea, but not an easy one to carry out. For repeatability and comparison, the researchers wanted ten mesocosms — five to be filled with ocean water to which additional CO2 would be added, and five controls. The Helmholtz team has previously installed and monitored mesocosms at locations in Spitsbergen, Norway, and Finland since 2010, but only for relatively short periods. This year, in order to capture the spring phytoplankton bloom — an explosion of photosynthesis that is the foundation of the marine food web — the researchers had to install all this equipment in late January, when the fjord is often choked with floating pack ice.

For a while, thickly clad researchers in an aluminum boat had to patrol the array to prevent ice from puncturing the bags. Then the bags began to sink and leak because they were filled at the height of winter, a time when the seawater in the region is particularly saline, which adds weight. Researchers had to refill the mesocosms and install additional buoys.

To make half of the mesocosms acidic, the research team poured in a few hundred liters of fjord water to which a great deal of CO2 had been added, creating a pH of 7.8 inside the floating bags. Since mid-February, the scientists have been taking samples every two days of the chambers’ water and of the debris that accumulates at their base. Dead plankton, waste material, and other organic matter make up this smelly muck. By analyzing both the water and the bottom debris, the researchers can tell what types of plankton and other organisms are living in each mesocosm and their relative proportions — an indication of how different organisms might fare in more acidic conditions.

By mid-April they’d watched as phytoplankton bloomed and were in turn eaten by an array of tiny grazers. In the next two months, they are going to observe how succeeding generations of plankton interact with one another. And they’ll see how those changes ripple up the food chain to the larvae of higher-level animals, such as sea urchins and herring.

If Riebesell and his colleagues find differences in the community makeup between the control and high-CO2 units, that will provide insights into how evolution might allow ecosystems to adapt — and which species might flourish, and which might suffer.

The researchers will be comparing notes with Sam Dupont, a researcher at the University of Gothenburg who is based at the Kristineberg station. He has conducted a number of laboratory studies on sea urchins and other shell-forming organisms, and has been able to show that urchin larvae do have some ability to deal with more acidic water. At a cellular level, they can shield their vulnerable calcareous skeletons from overly acidic water. But there’s a cost.

“When the larvae are raised in low-pH water they have less energy left for growth, because they need more energy to deal with the stress,” he says. “They grow slower. That’s a big problem for larvae, because the more time they spend free in the water the more they’re exposed to predators.” Urchins are much more susceptible to predation as free-swimming larvae than after they have built their prickly outer skeletons and turned into adults.

In a recent study, Indiana University biologist Melissa Pespeni also exposed sea urchin larvae to high CO2 conditions. She found that the species has so much genetic diversity that some individuals can survive just fine. But as urchins adapt to more acidic water, they might lose the ability to deal with other environmental stressors, such as pollution or nutrient runoff.

What’s needed, Pespeni says, are long-term studies focusing on entire food webs — precisely the kind of experiment being carried out in the mesocosms of the Gullmar Fjord. Dupont agrees, noting that there’s a great benefit to having his lab experiments taking place alongside the work in the fjord. “It’s kind of a synergy between the lab work, where we can control every variable, and the crazy, chaotic work out in the ecosystem,” he says. “They’re really complementary.”

The mesocosms are scheduled to keep serving as floating aquariums at least until July, by which time the researchers expect dozens of generations of short-lived plankton to have flourished inside. Riebesell hopes that measurements of this generational progression will provide valuable insights. “We won’t be able to learn exactly what the oceans will look like in a hundred years,” says Riebesell. “But we might get an idea whether the concept of adaptation is a possibility.”

La source: e360.yale.edu

Laisser un commentaire

tu dois être connecté poster un commentaire.