Toxique fleurs en mouvement: les chercheurs cartographient les modèles d’algues dans le lac Okeechobee, en Floride

Cependant, le lac fait face à des fleurs de cyanobactéries nocives croissantes, en particulier de l’espèce productrice de toxine Microcystis aeruginosa. Ces algues microscopiques prospèrent dans les eaux chaudes et riches en nutriments et peuvent former des fleurs d’algues nocives. Connu pour leur migration verticale Diel (quotidienne), les cyanobactéries se déplacent de haut en bas de la colonne d’eau quotidiennement pour accéder à la lumière et aux nutriments, ce qui les rend plus résistants dans les eaux troubles comme le lac Okeechobee.

Bien que la migration verticale Diel est bien documentée, son impact sur le développement de la prolifération et la qualité de l’eau reste incertain. Comprendre ce mouvement est crucial pour gérer les risques associés aux fleurs d’algues nocives.

À l’aide d’un nouveau modèle biogéochimique physique qui combine le mouvement de l’eau et l’activité biologique, des chercheurs de l’Institut Harbor Branch Oceanographic de la Florida Atlantic University, en collaboration avec le Collège des sciences marines de l’Université de Floride du Sud, a étudié le mouvement vertical quotidien des cyanobactéries dans le lac Okeechobee pendant l’été. Alors que les modèles précédents du lac ont exploré à la fois des processus physiques et biologiques, aucun n’a spécifiquement abordé cette migration verticale quotidienne de cyanobactéries.

Pour l’étude, l’équipe s’est concentrée sur la façon dont le mouvement quotidien des cyanobactéries interagit avec les courants du lac et le mélange vertical – des processus qui font monter et descendre l’eau dans les lacs et les océans. Ce mélange est crucial pour la distribution des nutriments et de l’oxygène entre la surface et les eaux plus profondes, influençant où les plantes et les organismes, comme les cyanobactéries, peuvent prospérer. Des facteurs tels que les différences de vent et de température entraînent ce mélange.

Résultats de ce nouveau modèle, publié en mars dans la revue Modélisation écologiqueet en avril, Modélisation écologique, Révaluer comment les cyanobactéries au centre du lac Okeechobee se déplacent vers la surface le matin pour accéder à plus de soleil, ce qui augmente leur croissance et augmente leurs densités. Dans le même temps, les vents – principalement du sud ou du sud-est – poussent ces cellules vivant en surface vers les parties nord et nord-ouest du lac.

Au fur et à mesure que la nuit tombe, les températures plus fraîches et le mélange entraîné par le vent remuent l’eau, en redistribuant les cellules plus uniformément dans la colonne d’eau. Alors que le vent influence le mouvement des fleurs autour du lac, la migration verticale quotidienne, la croissance de la surface et le mélange vertical ont un impact global plus significatif.

En conséquence, les concentrations de surface de cyanobactéries ont tendance à culminer tard le matin à midi, puis à diminuer rapidement l’après-midi. Cependant, les mouvements du vent se produisent presque quotidiennement à la fin du printemps et en été, entraînant souvent des stries d’algues visibles – des bandes étroites de moins de 2 kilomètres de large – le long des rives du nord.

L’étude a également révélé que le schéma saisonnier des fleurs est largement entraîné par la température et les changements de vent, où une température plus élevée entraîne des fleurs plus fortes et des vents plus forts ont tendance à réduire les fleurs. Cette meilleure compréhension du comportement de la floraison pourrait améliorer la surveillance, la prévision et la gestion de ces événements nuisibles.

« Notre étude montre que la montée et la chute quotidiennes des cyanobactéries, entraînées par le mélange vertical et la migration, ainsi que leur croissance rapide près de la surface, sont les principales forces derrière la formation de Bloom dans le bassin central du lac Okeechobee », a déclaré Mingshun Jiang, Ph.D., auteur principal et professeur de recherche associé, Fau Harbor Branch. « La température élevée et les vents calmes favorisent la croissance des algues, mais les vents forts peuvent mélanger les cellules en dessous de la surface limitant leur accès à la lumière. Bien que le mouvement horizontal joue un rôle au fil du temps, ce sont les processus verticaux qui préparent le terrain chaque jour. Cela nous aide à mieux prédire quand et où les fleurs se renforceront. »

Pour valider le mouvement vertical des cyanobactéries, les chercheurs ont rassemblé des données à travers plusieurs méthodes. Ils ont collecté des échantillons d’eau à la fois à la surface et au fond à divers endroits, ont utilisé un capteur pour surveiller les niveaux de cyanobactéries tout au long de la journée dans la partie centrale du lac et analysé des images satellites prises à plusieurs heures. Ces observations combinées ont confirmé les modèles de migration quotidiens des cyanobactéries.

« Nos résultats du modèle étaient en bon accord avec les données sur le terrain, notamment les mesures de cyanobactéries biovolume et de radiomètre prises dans le lac », a déclaré Jiang. « L’imagerie du modèle et du satellite a révélé deux zones de floraison primaires vers midi: une floraison répandue à travers le bassin central et des bandes intenses étroites le long des rives nord et nord-ouest. La température et le vent se sont révélés être des moteurs clés de quand et où les fleurs se forment et s’intensifient. »

Bien que les cyanobactéries soient l’un des groupes les plus étudiés de phytoplancton, cet effort de modélisation offre de nouvelles informations sur la façon dont les processus physiques et biologiques interagissent pour façonner les fleurs dans le lac Okeechobee.

« Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre les facteurs biologiques clés, tels que la formation de colonies et la sénescence de Microcystis, une espèce clé des cyanobactéries », a déclaré Jiang. « Des données sur le terrain supplémentaires seront essentielles pour confirmer les modèles de migration verticale et affiner les détails tels que la vitesse de migration, le calendrier et les caractéristiques des colonies. »

Le bassin versant du lac Okeechobee reçoit des entrées de la rivière Kissimmee et des environs. L’eau s’écoule ensuite à travers divers points de décharge, y compris les Everglades au sud. Pendant les périodes d’excès d’eau, en particulier pendant la saison des pluies, le lac décharge également de l’eau dans les rivières St. Lucie et Caloosahatchee. Par conséquent, les fleurs dans le lac peuvent affecter considérablement la qualité de l’eau et les fleurs de phytoplancton dans ces estuaires. Ce système d’eau complexe fait du lac Okeechobee un élément clé de l’équilibre hydrologique de la région.

Les co-auteurs de l’étude sont Ashley Brereton, un précédent chercheur postdoctoral à la succursale de Fau Harbor; Jennifer Cannizzaro, chercheuse scientifique et chef de projet, University of South Florida College of Marine Science; Malcolm McFarland, Ph.D., professeur adjoint; Zackary Wistort, Ph.D., chercheur postdoctoral; Brian Lapointe, Ph.D., professeur de recherche; Jordan S. Beckler, Ph.D., professeur agrégé de recherche; Timothy Moore, Ph.D., professeur agrégé de recherche; et Rachel Brewton, Ph.D., professeure adjointe de recherche, toutes avec Fau Harbor Branch; et Chuanmin Hu, Ph.D., professeur d’océanographie optique, Université de Floride du Sud.

Cette recherche a été soutenue par une subvention innovante du Florida Department of Environmental Protection Technology décerné à Beckler, Jiang, Moore et McFarland; et une subvention du programme des ressources en eau de la NASA décernée à Hu, Jiang, Lapointe et McFarland; avec le soutien partiel d’un prix du programme de l’EPA South Florida à Jiang et Beckler.