Les secrets stockés dans les algues

De nouveaux outils aident les scientifiques à restaurer des écosystèmes océaniques sains

C’est la marée basse à Half Moon Bay. Les bassins de marée émergent. Bientôt, des étoiles de mer, des bernard-l’ermite, des poulpes, des patelles et des moules deviennent visibles dans l’habitat intertidal rocheux. Et partout, il y a des algues. Emily Miller se souvient d’avoir baigné ici avec sa mère lorsqu’elle était petite et d’avoir adoré ça. Elle n’a jamais su combien d’informations elle allait obtenir des algues en grandissant.

Aujourd’hui technicien de recherche au Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) en Californie, Miller est le principal auteur d’une étude publiée en juin qui montre comment les informations extraites de tissus parfois vieux de plusieurs siècles d’algues pressées ou de macroalgues peuvent affiner la compréhension des scientifiques sur conditions océaniques historiques, remontant aux années 1870. « Les algues m’ont toujours attiré en tant que système d’étude car elles sont très accessibles », a déclaré Miller. Espèces-menacées.fr. « Vous n’avez pas besoin de monter sur un bateau ou de plonger pour le récupérer ; c’est juste là, au bord de l’océan. Il suffit d’attendre la marée basse et tout se révèle à vous. En 2017, des chercheurs de l’Aquarium de Monterey Bay ont créé l’Ocean Memory Lab de l’Aquarium. C’est à ce moment-là qu’ils ont commencé à considérer leurs collections d’herbier d’algues et d’algues pressées et séchées comme des « instantanés à travers le temps remontant à l’histoire ».

En effet, l’objectif de l’Ocean Memory Lab était d’élargir les bases de référence des biologistes marins : il s’agit d’une mesure initiale d’une condition que les scientifiques utilisent comme points de comparaison pour évaluer les changements. Et les bases de référence qui remontent plus loin dans le temps permettent aux défenseurs de la conservation marine de mieux comprendre les changements à long terme dans la santé des océans et peuvent ainsi mieux éclairer les pratiques de gestion des océans.

Aujourd’hui, les biologistes marins étudient l’océan et enregistrent leurs observations à l’aide d’outils sophistiqués allant des satellites et drones aux bouées et même aux véhicules sous-marins autonomes. Cependant, ce sont tous des ajouts récents à leur arsenal d’enregistrement, et selon Kyle Van Houtan, scientifique en chef à l’Aquarium de Monterey Bay, la plupart des données océaniques existantes ne remontent qu’aux années 1950 au plus tôt. « Ce n’est tout simplement pas assez de données pour disposer d’une base de référence éclairée sur ce qui est normal dans l’océan, sur ce que devrait être la santé des océans », dit-il. « Mais la vie marine comme les tortues, les coraux, les oiseaux de mer et les macroalgues sont essentiellement des drones biologiques qui enregistrent leur propre expérience écosystémique dans leurs tissus. »

Des études similaires ont montré que les cernes des arbres stockent des informations sur les précipitations au fil des millénaires, que les coraux peuvent enregistrer l’histoire de l’acidification croissante des océans au fil du temps dans leurs structures, et que les tissus musculaires et le sang des animaux documentent à la fois ce que ces animaux ont mangé et leur communauté de proies dans leur environnement. zone à cette époque.

Pour cette étude particulière sur les macroalgues, les chercheurs du MBA ont analysé des échantillons d’algues pressées provenant de collections d’herbiers remontant à 1878. Cependant, avant d’analyser ces spécimens, les chercheurs ont dû s’assurer que le papier d’herbier sur lequel l’algue était conservée n’avait aucun impact sur sa composition. À cette fin, Miller et ses collègues ont d’abord collecté et conservé des spécimens frais des trois principaux groupes d’algues – rouges, brunes et vertes – qui étaient bien représentés dans la région de la baie de Monterey au fil du temps. Ils les ont ensuite analysés à plusieurs reprises tout au long d’une année pour s’assurer qu’ils pouvaient interpréter les spécimens historiques comme ils le feraient s’ils avaient été collectés de nos jours. Ils ont également constaté que certaines espèces étaient plus cohérentes selon certains paramètres (comme la présence de métaux lourds et la composition en acides aminés). Forts de ces connaissances, ils ont finalement sélectionné un genre appelé Gélidium– les algues rouges ramifiées – et, lorsqu’ils ont commencé à analyser des spécimens d’herbiers, ils ont utilisé plusieurs espèces différentes de ce genre comme mesures de base.

Pendant des années avant cette étude, les scientifiques ont utilisé l’indice d’upwelling de Bakun pour mesurer la force de l’upwelling, c’est-à-dire le mouvement de l’eau fraîche de l’océan, riche en nutriments, vers la surface, en raison des vents, dans la baie de Monterey. Mais l’indice ne mesure que l’activité récente. Cependant, grâce à l’étude MBARI, les scientifiques peuvent désormais effectuer une prévision rétrospective de l’indice d’upwelling de Bakun sur sept décennies, afin de mesurer l’upwelling des océans entre 1878 et 1945.

« Lorsque nous nous attendons à une forte remontée d’eau, nous nous attendons également à ce qu’il y ait un taux de croissance élevé des algues pendant cette période », explique Miller. Ceci est important car les upwellings, qui fournissent aux algues les nutriments dont elles ont besoin pour croître, déterminent le régime de productivité de l’écosystème de la baie de Monterey et de l’ensemble de la côte californienne. Une remontée forte ou faible a des répercussions tout au long de la chaîne alimentaire, jusqu’aux baleines géantes, et bien sûr, impacte également les activités de pêche.

Les nouvelles capacités de prévision rétrospective ont également amélioré la compréhension des chercheurs sur les fluctuations entre les écosystèmes océaniques dominés par la sardine et l’anchois. Par exemple, une diminution des remontées d’eau dans les années 1940 a provoqué le pic des captures de sardines pour les conserveries de Monterey. Puis, vers la fin des années 1940 et au début des années 1950, lorsque les upwellings ont commencé à augmenter, la baie est devenue dominée par l’anchois, provoquant un effondrement de la pêche à la sardine. Bien que le phénomène soit bien documenté, les données supplémentaires sur les upwellings montrent à quel point les conditions environnementales ont joué un rôle important dans le changement.

Une meilleure compréhension de ces changements dans l’écosystème peut mieux éclairer les pratiques de gestion des pêcheries dans la mesure où les scientifiques peuvent encourager des pratiques qui répondent à ces cycles de gonflement. « Certains de ces cycles, comme les changements de régime sardine-anchois, s’étendent sur plusieurs décennies, donc un ensemble de données plus long peut nous montrer certains de ces modèles que nous ne pouvions pas voir auparavant », explique Miller. « Il se peut que des cycles encore plus longs se produisent dans l’écosystème océanique, qui seraient révélés par un ensemble de données plus long et une base de référence plus précoce. »

Miller pense que différents types de macroalgues pourraient être utilisés pour documenter divers aspects des conditions océaniques. Les algues brunes, par exemple, peuvent montrer des changements dans la teneur en métaux lourds (comme l’arsenic) dans l’eau. Les fucus, qui poussent très lentement, pourraient être capables d’enregistrer les changements océaniques à plus long terme chez un seul individu. L’ulve, une laitue de mer, pousse lorsque les conditions sont idéales et meurt avec les tempêtes hivernales, mais elle peut enregistrer la période allant du printemps à l’automne au cours d’une année donnée. L’examen de la composition en acides aminés des algues peut fournir un moyen de suivre l’augmentation de la population humaine au fil du temps, en fonction de la quantité d’eaux usées qu’elles rejettent dans le système.

Selon Van Houtan, les scientifiques ne font qu’effleurer la surface des possibilités avec cette étude. Il affirme que d’autres systèmes alimentés par des remontées d’eau le long de la côte ouest, du Mexique au Canada, peuvent désormais être étudiés dans la même veine. Il ajoute que ses découvertes pourraient également offrir aux scientifiques des opportunités significatives pour déterminer les régimes nutritifs optimaux pour les récifs coralliens – qui sont menacés par des changements environnementaux tels que l’acidification des océans, le réchauffement et la pollution par les nutriments – et les écosystèmes estuariens de la planète. Ils pourraient également éclairer la manière dont nous gérons les eaux usées qui sont traitées et pompées dans les océans, car les produits chimiques contenus dans les eaux usées ajoutent des nutriments à l’eau, ce qui peut étouffer la croissance des algues (provoquant leur prolifération) et avoir un impact significatif sur les coraux.

En fin de compte, cela se résume à : Si davantage de scientifiques pouvaient examiner les collections d’herbiers pour déterminer les niveaux historiquement optimaux de nutriments dans un système donné, ils pourraient à nouveau travailler pour atteindre ces niveaux. Une étude de 2015 a lié le ruissellement de nutriments au déclin de certaines populations de poissons dans la baie de Monterey, et en particulier à Elkhorn Slough, un estuaire à marée de sept milles de long au nord de Monterey. Bien que la baie voisine de San Francisco n’ait pas encore connu les mêmes effets d’excès de nutriments, comme la prolifération d’algues et la mort de poissons (résultant de faibles concentrations d’oxygène dissous dans l’eau), les preuves suggèrent que sa capacité à absorber ces nutriments sans impacts négatifs pourrait diminuer. « Si nous parvenons à déterminer à quoi ressemblaient les niveaux sains de phosphore et d’azote dans ces systèmes avant l’intervention humaine, nous pourrions les gérer et atteindre cet objectif au fil du temps », explique Van Houtan. Des études à cette fin sont urgentes, étant donné que la baie de San Francisco abrite plus de 1 000 espèces d’animaux et abrite plus de 130 espèces de poissons.

Et une grande partie des informations dont nous avons besoin à cette fin sont facilement disponibles dans les algues. Les musées d’histoire naturelle du monde entier constituent des dépositaires d’informations qui peuvent prendre de nombreuses autres formes. Les archives de poissons, de coraux, de plumes d’oiseaux de mer, de carapaces de tortues, d’os de baleine et même de fourrure de loutre stockent toutes des informations d’une importance vitale dans leurs tissus. Tant que vous savez ce que vous recherchez, les données stockées dans ces spécimens historiques n’attendent que d’être déverrouillées.