Les salpes jouent un rôle clé dans le pompage du carbone vers les profondeurs océaniques

Lors de l’évaluation de l’efficacité de la pompe biologique à carbone (BCP) de l’océan qui transporte le carbone des couches superficielles jusqu’aux profondeurs les plus profondes, peu de gens considèrent le rôle des salpes. Cela est probablement dû au fait que ces créatures, également connues sous le nom d’ascidies, sont pour la plupart petites, gélatineuses et transparentes, et que leur répartition inégale dans l’océan les rend difficiles à étudier. Mais ils présentent certaines caractéristiques qui pourraient en faire des acteurs puissants dans le cycle du carbone des océans. Ils pourraient même jouer un rôle important dans l’atténuation du réchauffement climatique.

Les salpes rappellent les petites méduses tubulaires, mais ce sont des tuniciers, plus étroitement liés aux humains qu’aux méduses. Leurs larves ont une notocorde – une tige solide et flexible qui protège le cordon nerveux central – qui descend le long du dos. Bien que les adultes perdent cette notocorde, sa présence chez les larves les place dans le phylum Chordata et en fait les plus proches parents des animaux vertébrés. Les salpes sont du zooplancton, ce qui signifie qu’elles flottent dans les océans, filtrant et mangeant principalement du plancton végétal minuscule.

Le rôle joué par les salpes dans la pompe biologique à carbone a désormais été étudié dans le cadre du programme de recherche EXPORTS (EXport Processes in the Ocean from RemoTe Sensing). Il s’agit d’un programme de terrain multi-institutionnel de quatre ans financé par la NASA, dans le but de combiner les observations à bord des navires et par satellite pour quantifier plus précisément l’impact global de la pompe biologique. Les co-auteurs de l’étude sur les salpes proviennent d’instituts marins du Maine, des Bermudes, de Californie, de Terre-Neuve, de la Colombie-Britannique et de l’Alaska.

Dioxyde de carbone (CO₂) pénètre dans les océans à la surface, où le phytoplancton utilise l’énergie solaire et le CO de l’atmosphère.₂ dans la photosynthèse, pour produire des molécules organiques. Le phytoplancton est mangé par le zooplancton, notamment les salpes, qui incorporent ensuite le carbone dans leurs propres tissus. Lorsque le zooplancton excrète des déchets ou meurt, ce carbone coule dans les profondeurs océaniques et peut être séquestré – stocké dans les sédiments benthiques, parfois pendant des millions d’années. Cela signifie que ce carbone est effectivement éliminé de l’atmosphère pendant cette période.

Au cours d’une expédition EXPORTS d’un mois dans le nord-est de l’océan Pacifique en 2018, le Dr Deborah Steinberg du William & Mary’s Virginia Institute of Marine Science et ses collègues sont tombés par hasard sur une grande prolifération de salpes mal étudiées (Salpa aspera). Ces créatures ont la capacité de réagir à des conditions environnementales favorables en se reproduisant très rapidement et en formant des proliférations massives, appelées essaims. Les essaims de salpes passent souvent inaperçus car ils ne durent pas longtemps : une salpe ne peut vivre que quelques semaines. La conséquence est que le rôle de ces « barils de gelée » dans le mouvement du carbone est rarement inclus dans les mesures ou les modèles du PCA.

« Les salpes suivent un cycle de vie « de floraison ou d’effondrement », avec des populations intrinsèquement inégales dans l’espace et dans le temps. Il est donc difficile d’observer ou de modéliser leur contribution à l’exportation de carbone vers les grands fonds marins », explique Steinberg.

Dans le cas de la présente étude, les chercheurs ont identifié une prolifération de salpes couvrant plus de 4 000 miles carrés (~ 11 000 km).²), de la taille du Connecticut. Ils ont passé huit jours à bord du R/V Revelle, échantillonner les particules de la colonne d’eau, ainsi que la densité des salpes et autres zooplanctons, jusqu’à 1 000 m de profondeur. Ils ont utilisé un large éventail d’outils d’observation de l’océan, depuis les filets à plancton traditionnels et les pièges à sédiments jusqu’aux enregistreurs vidéo sous-marins et aux modèles informatiques basés sur sonar.

L’échantillonnage a été réalisé de jour comme de nuit, en tenant compte du fait que les salpes remontent à la surface la nuit pour se nourrir, mais descendent pendant la journée à une profondeur comprise entre 300 et 700 mètres, afin d’éviter leurs propres prédateurs. De plus, en utilisant deux navires de recherche – le 277 pieds Roger Revelle et le 238 pieds Sally Ride – les scientifiques ont pu observer les conditions à l’intérieur de la prolifération de salpes et les comparer aux conditions des eaux environnantes.

Les résultats de la campagne de terrain sans précédent de l’équipe sont publiés dans la revue Cycles biogéochimiques mondiaux. Ils montrent que, lorsqu’elles sont présentes en essaims denses, les salpes ont un effet massif sur la quantité de carbone organique particulaire (POC) descendant dans la colonne d’eau et améliorent considérablement l’efficacité de la pompe biologique à carbone.

« Les abondances élevées de salpes, combinées aux caractéristiques uniques de leur écologie et de leur physiologie, conduisent à un rôle démesuré dans la pompe biologique », explique Steinberg.

Les salpes produisent des boulettes fécales relativement grosses et denses, qui coulent rapidement dans les profondeurs, laissant peu de chance aux bactéries de décomposer la matière organique en cours de route. Les scientifiques ont découvert que 82 pour cent des POC présents provenaient de boulettes fécales de salpes. De plus, la migration quotidienne des eaux de surface vers des profondeurs plus profondes donne aux pellets une longueur d’avance dans leur voyage vers le bas. Les chercheurs ont déterminé que l’exportation de carbone médiée par les salpes augmentait considérablement l’efficacité de la pompe biologique à carbone, augmentant de 1,5 fois la proportion de production primaire nette exportée sous forme de POC depuis les eaux de surface vers les profondeurs.

Les expériences à bord ont montré que les salpes sont capables d’exporter en moyenne 9 milligrammes de carbone par jour par mètre carré à 100 mètres sous la prolifération, ce qui signifie que la quantité de carbone exportée vers les profondeurs marines était d’environ 100 tonnes par jour. À titre de comparaison, une voiture particulière typique émet 4,6 tonnes métriques par année. La comparaison de ces valeurs montre que le carbone éliminé chaque jour du système climatique par les salpes équivaut à retirer 7 500 voitures de la route. L’ajustement de ces valeurs en utilisant le taux d’exportation médié par les salpes mesuré le plus élevé de l’équipe (34 mg de C par jour) augmente la compensation carbone à plus de 28 000 véhicules.

À l’avenir, l’équipe appelle à une reconnaissance accrue du rôle clé que jouent les salpes dans l’exportation mondiale de carbone. « Les proliférations comme celle que nous avons observée passent souvent inaperçues et leurs contributions à la pompe biologique sont rarement quantifiées, même dans certaines des régions océaniques les mieux étudiées du monde », explique Steinberg.

L’incorporation de la dynamique des salpes dans un modèle récent du cycle du carbone illustre le potentiel de l’exportation médiée par les salpes. Dans ce modèle mondial, les salpes et autres tuniciers exportaient chaque année 700 millions de tonnes de carbone vers les profondeurs marines, soit l’équivalent des émissions de plus de 150 millions de voitures.

« Une utilisation accrue des nouvelles technologies, comme l’ajout de systèmes d’imagerie vidéo aux flotteurs autonomes, permettrait de détecter ces proliférations de salpes », explique Steinberg. « Notre étude sert d’appel aux armes pour mieux détecter et quantifier ces processus, en utilisant une technologie et des schémas d’échantillonnage qui permettent leur inclusion dans les mesures et les modèles de la pompe biologique à carbone. »

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Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur