Au printemps 2020, une importante marée rouge au large des côtes du sud de la Californie a attiré l’attention du monde entier avec ses superbes démonstrations de bioluminescence.
Ce phénomène a été provoqué par des densités exceptionnellement élevées de Lingulodinium polyedra (L. polyedra), une espèce de plancton connue pour sa capacité à émettre une lueur bleu néon.
Malgré les visuels impressionnants, la marée rouge a également marqué une prolifération d’algues nuisibles, avec des toxines détectées aux niveaux de prolifération maximaux qui pourraient potentiellement nuire à la vie marine.
En outre, la décomposition de l’extrême biomasse provoquée par la marée rouge a conduit à des niveaux d’oxygène dissous proches de zéro, entraînant la mort de poissons et d’autres impacts néfastes sur les écosystèmes locaux.
Quelle est la cause de la marée rouge ?
Des scientifiques de la Scripps Institution of Oceanography de l’UC San Diego et de la Jacobs School of Engineering ont mené une étude qui met en lumière la manière dont cette espèce de dinoflagellé particulière a réussi à créer une prolifération aussi dense.
La clé réside dans l’extraordinaire capacité de nage des dinoflagellés, qui leur confère un avantage concurrentiel sur les autres espèces de phytoplancton et leur permet de former des proliférations denses, voire bioluminescentes.
« L’idée selon laquelle la nage verticale donne aux dinoflagellés un avantage concurrentiel remonte en fait à plus d’un demi-siècle, mais ce n’est que maintenant que nous disposons de la technologie pour le prouver de manière concluante sur le terrain », a expliqué l’auteur principal de l’étude, Drew Lucas, professeur agrégé à Scripps Oceanography. et le Département de génie mécanique et aérospatial de l’UC San Diego.
Dinoflagellés très mobiles
Lucas, avec l’ancien étudiant diplômé Bofu Zheng et plusieurs collègues, a saisi l’opportunité de déployer des instruments océaniques sophistiqués au large de la côte de San Diego lors de la marée rouge en avril et mai 2020.
Cet effort a été soutenu par un financement du Southern California Coastal Ocean Observing System (SCCOOS) grâce à un prix décerné par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
L’étude a révélé que les dinoflagellés de L. polyedra sont très mobiles, nageant vers le haut pendant la journée pour effectuer la photosynthèse et vers le bas la nuit pour accéder à des réservoirs de nutriments profonds. Ce mouvement a intensifié la coloration rougeâtre de l’eau à la surface, ce qui a donné naissance au terme « marée rouge », observé surtout dans l’après-midi.
Les chercheurs ont documenté une population importante de dinoflagellés effectuant le voyage vers le bas la nuit. Cependant, certains sont restés près de la surface, ce qui a entraîné des manifestations nocturnes de bioluminescence.
Les auteurs ont conclu que cette migration verticale permettait aux dinoflagellés de dépasser leurs concurrents non mobiles, notamment d’autres espèces de phytoplancton.
Une théorie vieille de 50 ans confirmée
Cette étude valide une hypothèse vieille de 50 ans de l’océanographe biologique de Scripps Oceanography, Richard « Dick » Eppley, qui suggérait que la migration verticale des dinoflagellés était associée à des proliférations d’algues nuisibles, un phénomène documenté au large de la Californie du Sud depuis au moins 120 ans.
Bien que des recherches approfondies en laboratoire soutiennent cette idée, les chercheurs ne l’avaient pas testée sur le terrain avant l’événement de 2020.
L. polyedra, comme de nombreuses espèces de dinoflagellés, possède une paire de flagelles, des appendices en forme de fouet qui propulsent l’organisme unicellulaire dans l’eau. Outre sa capacité à nager, L. polyedra présente une vitesse remarquable, atteignant jusqu’à 10 longueurs de corps par seconde pendant près de 24 heures.
« Dans le monde du plancton, ce sont Michael Phelps », a déclaré Lucas. « À titre de comparaison, la nage rapide chez des espèces comme le thon rouge ou le mako à nageoires courtes représente environ 9 à 10 longueurs de corps par seconde, mais seulement pendant de très courtes périodes. »
« Leur nage exceptionnelle permet à L. polyedra de plonger dans des profondeurs froides où ils peuvent absorber des nutriments, permettant ainsi à ces organismes de véritablement fleurir et d’exploser en population. »
Étudier les événements de la marée rouge
Les chercheurs ont utilisé le Wirewalker, un système de profilage vertical autonome alimenté par les vagues développé par Scripps Oceanography, pour mesurer en continu les conditions physiques et biochimiques de la surface de la mer au fond marin, atteignant une profondeur de 100 mètres (300 pieds).
L’équipe a également capturé des images de la prolifération près de la surface à l’aide d’un Imaging FlowCytobot (IFCB), un microscope robotique installé sur un amarrage offshore, qui fait désormais partie d’un plus grand réseau IFCB géré par SCCOOS.
Ce que les chercheurs ont appris
Les données et les images collectées par ces instruments ont confirmé la théorie originale d’Eppley, montrant que L. polyedra descendait au crépuscule, atteignant une profondeur maximale d’environ 30 à 40 mètres (100 à 130 pieds) après 18 à 24 heures de nage.
En profondeur, les dinoflagellés absorberaient du nitrate, un nutriment de croissance du plancton, avant de remonter à la surface vers midi pour effectuer la photosynthèse sous un ensoleillement maximum.
« Ces organismes unicellulaires, à savoir L. polyedra, sont si complexes et étonnants sur le plan fonctionnel », a déclaré Zheng.
« En plus de leur vitesse de nage, qui dépasse largement les limites humaines, ils peuvent coordonner leur comportement selon le cycle jour-nuit en migrant la nuit et en revenant à la surface de l’océan pendant la journée ; ils peuvent produire une bioluminescence spectaculaire ; ils peuvent photosynthétiser ; ils peuvent même s’attaquer à des organismes plus petits qu’eux.
Conséquences potentielles de la floraison
Les chercheurs ont également analysé les données de surveillance des océans à long terme de la California Cooperative Oceanic Fisheries Investigations (CalCOFI) et les données d’amarrage à long terme conservées par l’Ocean Time-Series Group de Scripps Oceanography pour évaluer d’autres conséquences de la prolifération.
Basés sur plus de 70 ans de données climatiques, les résultats ont indiqué que la prolifération a créé des conditions physiques et chimiques dans la colonne d’eau qui s’écartaient de la norme, soulignant le potentiel de proliférations massives pouvant modifier les caractéristiques des océans côtiers.
Implications de l’étude
La co-auteure de l’étude et océanographe biologique Clarissa Anderson a déclaré que cette recherche se distingue par son utilisation de nouvelles technologies océaniques, qui ont permis des mesures sans précédent de la façon dont le phytoplancton répond aux changements à petite échelle dans l’océan côtier, ainsi que des calculs de l’absorption des nutriments par les dinoflagellés. à des échelles si fines.
Anderson a également souligné l’importance des observations à long terme comme étant essentielles à tout effort futur visant à mieux comprendre les proliférations d’algues nuisibles.
« Plus nous comprenons les mécanismes complexes qui permettent à une espèce ou à une population particulière de plancton de prospérer et de persister, mieux nous pouvons prédire des événements incontrôlables comme la marée rouge de 2020 qui a duré beaucoup plus longtemps que ce que la théorie pourrait dicter », a déclaré Anderson.
« Avec des séries chronologiques plus longues de changements rapides dans l’apport de nutriments côtiers, la circulation, les régimes de lumière et les toxines des algues, nous pourrions construire des modèles dynamiques plus précis pour prédire les proliférations de plancton, y compris celles qui deviennent nocives. »
En savoir plus sur les événements de la marée rouge
La « marée rouge » fait référence à une prolifération d’algues nuisibles (HAB) qui peut donner aux eaux côtières une couleur rougeâtre. De grandes concentrations de plantes marines microscopiques appelées phytoplancton sont à l’origine de ces événements.
Le type de phytoplancton le plus commun associé aux marées rouges dans le golfe du Mexique et le long de la côte est des États-Unis est le dinoflagellé appelé Karenia brevis. Voici un aperçu détaillé.
Origines et causes
Phénomènes naturels : Les marées rouges sont des phénomènes naturels qui se produisent depuis des siècles. Les enregistrements historiques de poissons tués et d’irritation respiratoire humaine dans les zones autour du golfe du Mexique suggèrent l’apparition de marées rouges pendant des siècles.
Enrichissement en nutriments : Même si les marées rouges se produisent naturellement, les activités humaines peuvent exacerber ou influencer leur fréquence et leur intensité. Le ruissellement provenant de l’agriculture, les eaux usées non traitées et d’autres sources de pollution peuvent introduire un excès de nutriments dans les eaux côtières. Cela favorise la croissance des algues.
Effets
La vie marine: K. brevis produit des toxines appelées brévétoxines. Ces toxines peuvent tuer les poissons et s’accumuler dans les crustacés, les rendant impropres à la consommation.
Humains : Les humains peuvent être affectés par les événements de marée rouge de deux manières principales. La consommation de fruits de mer contaminés peut entraîner une intoxication neurotoxique par les fruits de mer (NSP), qui peut provoquer des symptômes neurologiques. De plus, lorsque les vagues se brisent et provoquent la rupture des cellules d’algues, les toxines peuvent se propager dans l’air et entraîner une irritation des voies respiratoires. Cela est particulièrement vrai chez les personnes souffrant de maladies respiratoires comme l’asthme.
Économique : Les marées rouges peuvent avoir des conséquences économiques importantes, en particulier pour les communautés qui dépendent du tourisme et de la pêche. Les fermetures de plages, la mortalité des poissons et les interdictions de récolte de fruits de mer peuvent dissuader les touristes et entraîner des pertes financières pour les entreprises locales.
Détection et surveillance
Satellites : La télédétection par satellite peut détecter les concentrations de chlorophylle dans les eaux côtières, fournissant ainsi une indication de l’activité de prolifération d’algues.
Échantillonnage d’eau : en collectant des échantillons d’eau, les scientifiques peuvent détecter et mesurer la concentration de K. brevis cellules et la présence de toxines associées.
Atténuation et gestion
Réduire la pollution par les nutriments : En gérant et en réduisant les sources de pollution par les nutriments, le risque de marées rouges intenses et prolongées peut être réduit.
Systèmes d’alerte précoce : les réseaux de surveillance peuvent fournir des alertes précoces aux communautés locales et aux pêcheries, leur permettant ainsi de prendre des mesures de précaution.
Recherche : La poursuite des recherches sur l’écologie et le comportement des proliférations d’algues nuisibles peut fournir des informations sur la prévision et la gestion des événements de marée rouge.
Distribution mondiale
Le terme « marée rouge » fait généralement référence aux proliférations de K. brevis dans le golfe du Mexique, mais des proliférations d’algues nuisibles se produisent dans le monde entier. Différentes espèces d’algues, produisant différentes toxines, peuvent être responsables de ces événements dans diverses régions du monde. Par exemple, dans le nord-ouest du Pacifique, un autre dinoflagellé, Alexandriepeut provoquer une intoxication paralysante par les fruits de mer (PSP).
Changement climatique et marées rouges
Le lien entre le changement climatique et les marées rouges fait l’objet de recherches actives. Le réchauffement des eaux, l’élévation du niveau de la mer et l’augmentation du ruissellement des eaux pluviales peuvent potentiellement influencer la fréquence, la durée et l’intensité de ces proliférations.
Idée fausse
Toutes les proliférations d’algues ne sont pas toxiques et toutes ne rendent pas l’eau rouge. Le terme « marée rouge » peut être trompeur. De nombreuses proliférations d’algues nuisibles ne modifient pas la couleur de l’eau. De plus, toutes les décolorations de l’eau ne sont pas nocives.
La recherche et la surveillance des événements de marée rouge se poursuivent, alors que les scientifiques et les décideurs politiques cherchent à mieux comprendre ces phénomènes et à développer des stratégies pour minimiser leur impact sur l’environnement et la santé humaine.
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