Alors que l’océan se réchauffe à travers ses régions tempérées, les forêts de varech s’effondrent et que les espèces d’algues de gazon prennent le relais. Ce passage des auvents denses de varech élevé à des tapis à faible teneur en algues de gazon entraîne une perte de biodiversité et modifie le flux d’énergie et les nutriments à travers les écosystèmes de récif.
Il modifie également fondamentalement l’écologie chimique des écosystèmes côtiers.
Nouvelles recherches dans Science, Dirigé par des chercheurs du Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, a montré pour la première fois comment les algues de gazon libèrent des produits chimiques qui peuvent tuer le jeune varech. Cela crée une boucle de rétroaction où plus d’algues de gazon signifie des produits chimiques plus nocifs, ce qui inhibe encore la récupération et renforce l’effondrement de la forêt de varech. Cette interaction à médiation chimique, que les scientifiques appellent l’allélopathie – ou ce que les auteurs appellent le plus frappé de la guerre chimique – révèle une manière indirecte que le changement climatique remodèle les écosystèmes océaniques, compliquant la récupération de la forêt de kelp le long de la côte qui se réchauffe rapidement du Maine.
L’étude comprend également des chercheurs de l’Université du Maine, de l’Université de Californie Riverside, de l’Université de Tübingen, du Perry Institute for Marine Science et de l’Université de Harvard, travaillant ensemble pour combiner des enquêtes sur le terrain étendues, une analyse chimique avancée et de nouvelles expériences de laboratoire.
« C’est pourquoi cette étude est si puissante « , a déclaré Doug Rasher, un chercheur principal du laboratoire de Bigelow, l’auteur principal de l’étude ».
Les impacts de l’effondrement et du remplacement de la forêt de varech par les algues du gazon ont été bien documentés dans les écosystèmes tempérés du monde entier.
« Ce passage du varech au gazon est analogue à une transition forêt terrestre dans une prairie », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Shane Farrell, un doctorant d’Umaine basé dans le groupe de recherche de Rasher. « Avec la perte des forêts de varech, nous voyons une diminution de la biodiversité, de la productivité et des services écosystémiques qu’ils fournissent aux humains. »
Des travaux antérieurs ont montré qu’une fois les algues de gazon établies, ils peuvent inhiber la récupération du varech en prenant de la place sur le récif ou en hébergeant de petits brouteurs qui mangent un bébé varech.
Dans les écosystèmes tropicaux, tels que les forêts tropicales et les récifs coralliens, les scientifiques ont précédemment montré que les changements dans l’environnement chimique jouent également un rôle dans le verrouillage des écosystèmes dans un état dégradé et empêchant la récupération des espèces fondamentales. Mais aucune étude n’avait examiné si ce type de changement chimique pouvait être en jeu dans les forêts tempérées de varech.
Pour répondre à cette question, les chercheurs ont effectué trois ans d’enquêtes sur le terrain dans le golfe du Maine, documentant un modèle de nouveau varech qui luttait pour survivre dans les parties sud de la côte du Maine où les forêts se sont effondrées. Au cours de ces enquêtes, l’équipe a collecté des échantillons d’eau et d’algues pour l’analyse chimique.
Plutôt que de se concentrer sur des substances connues, ils se sont associés au groupe de recherche de Daniel Petras à l’Université de Californie à Riverside, utilisant une analyse métabolomique non ciblée pour comprendre la chimie diversifiée des échantillons. Cette approche consiste à analyser toutes les petites molécules d’un système, ce qui a permis aux chercheurs d’identifier largement les caractéristiques chimiques uniques – dans l’eau, dans les algues et sur le récif lui-même – à la fois sur des sites dominés par les algues du varech et du gazon.
Pour caractériser la suite de produits chimiques d’origine hydrique présents, ces méthodes s’appuient sur la séparation des molécules et les divisaient en fragments, qui sont ensuite appariés contre les bibliothèques de référence, un peu comme l’identification d’une personne d’une empreinte digitale.
Mais, comme l’a souligné Farrell, moins de 2% des caractéristiques chimiques que les chercheurs ont trouvées dans cet environnement avaient été décrites précédemment. Pour combler ces lacunes, l’équipe s’est tournée vers de nouveaux outils de calcul, qui utilisent des modèles de fragmentation chimique pour prédire les identités composées, les formules moléculaires et même les structures chimiques. Ces prédictions ont permis aux chercheurs de classer les composés inconnus dans de larges familles chimiques, soulignant à quel point l’environnement chimique d’une forêt de varech provient d’un récif dominé par le gazon.
« Il est génial de voir comment nos outils de métabolomique non ciblés peuvent apporter un nouvel éclairage sur la complexité chimique fascinante causée par des environnements changeants, tels que des algues invasives », a déclaré Petras. « Cela devient particulièrement puissant lorsque nous combinons nos données chimiques avec des informations fonctionnelles, telles que la survie du kelp. »
Dans une série d’expériences de laboratoire, les chercheurs ont ensuite testé les effets de tous les produits chimiques d’origine hydrique autour des récifs dominés par le gazon, et les produits chimiques spécifiques libérés par les cinq espèces les plus abondantes d’algues du gazon, sur des gamétophytes, un stade de vie précoce de la vare. Les expériences ont montré que la survie des gamétophytes diminuait considérablement – jusqu’à 500% dans certains cas – lorsqu’elle est exposée à des produits chimiques libérés par les algues du gazon, confirmant que le nouvel environnement chimique est directement responsable de la mortalité du kelp.
« Notre étude est la première à révéler que la guerre chimique peut sous-tendre le potentiel de rebond des forêts de varech sur l’eau froide. Et étonnamment, certains des mêmes types de molécules que nous avons identifiés sur les récifs de gazon sont également impliqués dans la dynamique de récupération des récifs coralliens tropicaux », a déclaré Rasher. « Cela montre que nous avons beaucoup à apprendre sur la guerre chimique sur les récifs tempérés, les organismes et les molécules impliqués, et comment ce processus varie à l’échelle mondiale. »
Des travaux antérieurs du groupe de recherche de Rasher ont confirmé que le réchauffement de l’océan est le principal moteur de la baisse de la forêt de varech dans le golfe du Maine. Mais ces nouvelles découvertes, montrant comment les algues de gazon peuvent verrouiller un écosystème dans un état dégradé, rendra plus difficile la promotion de la récupération des forêts de varech.
« Une fois que les algues du gazon sont établies, il suffit de freiner les émissions de carbone mondiales et que l’inversion du réchauffement des océans ne ramènera pas les forêts de varech du Maine », a déclaré Farrell. « En raison de ces mécanismes de rétroaction, nous avons besoin d’interventions locales pour éliminer les algues du gazon avant que le vare ne se rétablisse. »
Cette étude a été soutenue par le programme établi NSF pour stimuler la recherche concurrentielle (subvention # OIA-1849227), la Louise H. & David S. Ingalls Foundation, la Padi Foundation, la Essex Avenue Foundation et la Fondation allemande de recherche.
22/05/2025
Une nouvelle étude révèle comment la concurrence entre les algues transforme le golfe du Maine
Alors que l’océan se réchauffe à travers ses régions tempérées, les forêts de varech s’effondrent et que les espèces d’algues de gazon prennent le relais. Ce passage des auvents denses de varech élevé à des tapis à faible teneur en algues de gazon entraîne une perte de biodiversité et modifie le flux d’énergie et les nutriments à travers les écosystèmes de récif.
Il modifie également fondamentalement l’écologie chimique des écosystèmes côtiers.
Nouvelles recherches dans Science, Dirigé par des chercheurs du Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, a montré pour la première fois comment les algues de gazon libèrent des produits chimiques qui peuvent tuer le jeune varech. Cela crée une boucle de rétroaction où plus d’algues de gazon signifie des produits chimiques plus nocifs, ce qui inhibe encore la récupération et renforce l’effondrement de la forêt de varech. Cette interaction à médiation chimique, que les scientifiques appellent l’allélopathie – ou ce que les auteurs appellent le plus frappé de la guerre chimique – révèle une manière indirecte que le changement climatique remodèle les écosystèmes océaniques, compliquant la récupération de la forêt de kelp le long de la côte qui se réchauffe rapidement du Maine.
L’étude comprend également des chercheurs de l’Université du Maine, de l’Université de Californie Riverside, de l’Université de Tübingen, du Perry Institute for Marine Science et de l’Université de Harvard, travaillant ensemble pour combiner des enquêtes sur le terrain étendues, une analyse chimique avancée et de nouvelles expériences de laboratoire.
« C’est pourquoi cette étude est si puissante « , a déclaré Doug Rasher, un chercheur principal du laboratoire de Bigelow, l’auteur principal de l’étude ».
Les impacts de l’effondrement et du remplacement de la forêt de varech par les algues du gazon ont été bien documentés dans les écosystèmes tempérés du monde entier.
« Ce passage du varech au gazon est analogue à une transition forêt terrestre dans une prairie », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Shane Farrell, un doctorant d’Umaine basé dans le groupe de recherche de Rasher. « Avec la perte des forêts de varech, nous voyons une diminution de la biodiversité, de la productivité et des services écosystémiques qu’ils fournissent aux humains. »
Des travaux antérieurs ont montré qu’une fois les algues de gazon établies, ils peuvent inhiber la récupération du varech en prenant de la place sur le récif ou en hébergeant de petits brouteurs qui mangent un bébé varech.
Dans les écosystèmes tropicaux, tels que les forêts tropicales et les récifs coralliens, les scientifiques ont précédemment montré que les changements dans l’environnement chimique jouent également un rôle dans le verrouillage des écosystèmes dans un état dégradé et empêchant la récupération des espèces fondamentales. Mais aucune étude n’avait examiné si ce type de changement chimique pouvait être en jeu dans les forêts tempérées de varech.
Pour répondre à cette question, les chercheurs ont effectué trois ans d’enquêtes sur le terrain dans le golfe du Maine, documentant un modèle de nouveau varech qui luttait pour survivre dans les parties sud de la côte du Maine où les forêts se sont effondrées. Au cours de ces enquêtes, l’équipe a collecté des échantillons d’eau et d’algues pour l’analyse chimique.
Plutôt que de se concentrer sur des substances connues, ils se sont associés au groupe de recherche de Daniel Petras à l’Université de Californie à Riverside, utilisant une analyse métabolomique non ciblée pour comprendre la chimie diversifiée des échantillons. Cette approche consiste à analyser toutes les petites molécules d’un système, ce qui a permis aux chercheurs d’identifier largement les caractéristiques chimiques uniques – dans l’eau, dans les algues et sur le récif lui-même – à la fois sur des sites dominés par les algues du varech et du gazon.
Pour caractériser la suite de produits chimiques d’origine hydrique présents, ces méthodes s’appuient sur la séparation des molécules et les divisaient en fragments, qui sont ensuite appariés contre les bibliothèques de référence, un peu comme l’identification d’une personne d’une empreinte digitale.
Mais, comme l’a souligné Farrell, moins de 2% des caractéristiques chimiques que les chercheurs ont trouvées dans cet environnement avaient été décrites précédemment. Pour combler ces lacunes, l’équipe s’est tournée vers de nouveaux outils de calcul, qui utilisent des modèles de fragmentation chimique pour prédire les identités composées, les formules moléculaires et même les structures chimiques. Ces prédictions ont permis aux chercheurs de classer les composés inconnus dans de larges familles chimiques, soulignant à quel point l’environnement chimique d’une forêt de varech provient d’un récif dominé par le gazon.
« Il est génial de voir comment nos outils de métabolomique non ciblés peuvent apporter un nouvel éclairage sur la complexité chimique fascinante causée par des environnements changeants, tels que des algues invasives », a déclaré Petras. « Cela devient particulièrement puissant lorsque nous combinons nos données chimiques avec des informations fonctionnelles, telles que la survie du kelp. »
Dans une série d’expériences de laboratoire, les chercheurs ont ensuite testé les effets de tous les produits chimiques d’origine hydrique autour des récifs dominés par le gazon, et les produits chimiques spécifiques libérés par les cinq espèces les plus abondantes d’algues du gazon, sur des gamétophytes, un stade de vie précoce de la vare. Les expériences ont montré que la survie des gamétophytes diminuait considérablement – jusqu’à 500% dans certains cas – lorsqu’elle est exposée à des produits chimiques libérés par les algues du gazon, confirmant que le nouvel environnement chimique est directement responsable de la mortalité du kelp.
« Notre étude est la première à révéler que la guerre chimique peut sous-tendre le potentiel de rebond des forêts de varech sur l’eau froide. Et étonnamment, certains des mêmes types de molécules que nous avons identifiés sur les récifs de gazon sont également impliqués dans la dynamique de récupération des récifs coralliens tropicaux », a déclaré Rasher. « Cela montre que nous avons beaucoup à apprendre sur la guerre chimique sur les récifs tempérés, les organismes et les molécules impliqués, et comment ce processus varie à l’échelle mondiale. »
Des travaux antérieurs du groupe de recherche de Rasher ont confirmé que le réchauffement de l’océan est le principal moteur de la baisse de la forêt de varech dans le golfe du Maine. Mais ces nouvelles découvertes, montrant comment les algues de gazon peuvent verrouiller un écosystème dans un état dégradé, rendra plus difficile la promotion de la récupération des forêts de varech.
« Une fois que les algues du gazon sont établies, il suffit de freiner les émissions de carbone mondiales et que l’inversion du réchauffement des océans ne ramènera pas les forêts de varech du Maine », a déclaré Farrell. « En raison de ces mécanismes de rétroaction, nous avons besoin d’interventions locales pour éliminer les algues du gazon avant que le vare ne se rétablisse. »
Cette étude a été soutenue par le programme établi NSF pour stimuler la recherche concurrentielle (subvention # OIA-1849227), la Louise H. & David S. Ingalls Foundation, la Padi Foundation, la Essex Avenue Foundation et la Fondation allemande de recherche.
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