À la recherche de plantes marines d'avenir dans les eaux acides baignant un volcan

Un biologiste marin place des capteurs le long de la pente d'un évent volcanique à Shikinejima, au Japon, pour mesurer en permanence la concentration en CO2 dissous, le pH, la température et la salinité de l'eau de mer.

Les faibles niveaux de pH dans les eaux naturellement acides près d'un volcan sous-marin en Italie, selon les pires prévisions climatiques, deviendront un phénomène courant d'ici la fin du siècle et au-delà.

Les scientifiques étudient les réactions des herbes marines et des algues locales aux conditions acides.

L'une des questions que se posent les scientifiques est de savoir si les herbiers marins peuvent être utilisés pour la restauration environnementale d'autres zones qui pourraient devenir plus acides dans un proche avenir.

Cependant, certains chercheurs rapportent que ces plantes marines capables de séquestrer le carbone doivent faire face à des dangers plus imminents tels que la pollution, la dégradation de leur habitat et le réchauffement des eaux : des problèmes qui doivent être résolus pour que leur restauration soit efficace.

Une chaussée pavée relie un îlot, sur lequel se perche le célèbre château aragonais, à l'île d'Ischia, au large de la ville de Naples. Le long des contours nord et sud de l'îlot, du dioxyde de carbone bouillonne sous l'eau des roches volcaniques. Autour de ces bandes effervescentes de fond marin, le pH de l'eau varie d'un faible 6,6 à la normale 8,1. Entre 7,8 et 7,7, valeurs qui seront communes à toutes les eaux marines de la planète d'ici la fin du siècle, selon les pires prévisions climatiques, phanérogames et macroalgues dominent le paysage.

Depuis 2008, cette zone est utilisée comme laboratoire biogéochimique naturel et comme fenêtre sur l'avenir par des scientifiques du monde entier. Les chercheurs travaillant dans ces eaux, par nature acides en raison de la présence de volcans sous-marins, parmi les différents aspects de l'écologie locale, étudient les animaux et les populations d'herbiers qui peuplent ces roches depuis des générations.

"Il existe des organismes photosynthétiques tels que Posidonia et d'autres types de macroalgues qui, d'une certaine manière, se sont déjà adaptés à l'acidification de l'eau de mer", a déclaré Marco Munari, chercheur en écologie marine et écotoxicologie à la station zoologique Anton Dohrn (SZN) de Naples, dans une interview avec Mongabay. Jusqu'au début de cette année, Munari était le coordinateur du centre marin d'Ischia du SZN, puis il a déménagé dans une branche du SZN à Fano.

Les populations locales de ces organismes sont déjà préparées aux facteurs de stress que les populations d'autres régions pourraient subir dans un avenir pas trop lointain.

Avec un pH aux niveaux prédits d'ici 2100 par les scénarios d'émissions les plus pessimistes, les herbiers et les algues prospéreront. En fait, aux niveaux de concentration de CO2 attendus, ces plantes peuvent tirer le meilleur parti de leurs capacités de photosynthèse, explique Marco Milazzo, professeur d'écologie à l'Université de Palerme qui étudie les cheminées volcaniques sous-marines en Sicile et au large des côtes du Japon.

Le problème est que ces herbiers et macroalgues sont presque les seuls organismes marins à faire mieux, a-t-il ajouté.

Depuis la révolution industrielle, les océans ont absorbé environ 30 % des émissions de dioxyde de carbone provenant des activités humaines telles que la combustion de combustibles fossiles, la production de ciment et les changements d'utilisation des sols. Cette absorption a affecté la chimie marine, diminuant le niveau de pH moyen de l'eau de 8,2 à 8,1. Un tel changement peut sembler insignifiant, mais l'échelle de pH est logarithmique et même des changements de 0,1 sont importants et peuvent déclencher une série de changements en cascade dans la composition de l'eau marine. Dans les scénarios futurs, avec l'augmentation des émissions de CO2, la baisse des niveaux de pH dans les eaux marines devrait avoir des conséquences catastrophiques pour les organismes constructeurs de coquillages tels que les moules, les palourdes, les oursins et les coraux, y compris les innombrables micro-organismes qui soutiennent le réseau trophique marin.

Dans ce contexte, les habitats côtiers constitués d'herbiers marins, de marais salants et de mangroves tropicales ont pris une importance encore plus grande. Depuis 2009, le rôle clé que jouent ces systèmes dans l'absorption du dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre des mers est reconnu. Comme les arbres et les forêts sur terre, ces écosystèmes dits "bleus" absorbent le dioxyde de carbone de l'environnement par photosynthèse, libérant de l'oxygène et stockant le carbone organique dans les sédiments. Ces habitats couvrent moins de 0,5% des mers mais stockent la moitié du carbone, qui est enfoui Carbone, qui est enfoui.

Malheureusement, une grande partie de la superficie de ces écosystèmes a été perdue en raison du développement côtier, de la qualité de l'eau et d'autres pressions anthropiques. En région méditerranéenne, selon un article de 2015 également cité dans une revue plus récente, l'iconique herbier Posidonia oceanica a, au cours des 50 dernières années, reculé de 34 % de sa superficie historique.



À Ischia, des chercheurs ont mené des expériences pour vérifier si les populations de Posidonia qui se sont adaptées aux eaux naturellement acides peuvent être utilisées pour la restauration de l'environnement dans d'autres régions. Des expériences déjà menées à proximité d'évents volcaniques sous-marins ont en effet démontré que la végétation sous-marine, par la photosynthèse, contribue à atténuer l'acidification et atténue ses effets sur les autres espèces. L'absorption de CO2 dissous et la libération d'oxygène due à la photosynthèse, selon certaines études récentes, semblent rendre les habitats plus résistants aux vagues de chaleur et, vraisemblablement, à d'autres facteurs de stress tels que la pollution.. Actuellement, les chercheurs du SZN mènent des expériences en laboratoire pour tester la réponse des herbiers marins et des macroalgues aux vagues de chaleur et à l'acidification de l'eau.

En outre, ils prévoient des essais sur le terrain avec Cystoseira, une macroalgue méditerranéenne qui ne se trouve pas autour des cheminées volcaniques d'Ischia. En fait, ils placeront différentes populations de Cystoseira le long des pentes des évents pour tester leurs réponses à différents niveaux d'acidité afin d'identifier les populations à utiliser dans d'autres projets de restauration environnementale.

plus adaptées à des fins de restauration de l'environnement", a écrit Munari dans un e-mail.

Aux États-Unis, des scientifiques ont proposé de prélever des graines de l'herbier commun Zostera marina de Virginie et de les planter loin au nord dans les eaux de New York. L'inspiration est venue de l'observation de la migration vers le nord de certaines espèces suite au réchauffement des eaux. L'idée est d'aider les algues , qui devraient être bien habituées aux températures plus chaudes de la Virginie, à s'établir également beaucoup plus au nord.

Simonetta Fraschetti, professeur d'écologie à l'Université Federico II de Naples, et Erika Fabbrizzi, chercheuse qui vient de terminer un projet de doctorat sur la restauration des forêts de macroalgues, estiment qu'il est important d'identifier des populations mieux adaptées que d'autres, notamment aux anomalies de température . Le mantra de Fraschetti, cependant, est : nous restaurons, nous restaurons mais, avant tout, nous atténuons, nous atténuons et nous conservons. La restauration d'un habitat dégradé dans son état d'origine est extrêmement coûteuse : par conséquent, il est préférable de prévenir la dégradation en premier lieu.

Au cours de son doctorat, Erika Frabbrizzi a travaillé sur l'identification de critères prioritaires pour les sites les plus susceptibles de se rétablir. La cartographie des habitats marins et de leurs conditions environnementales est une première étape vitale, a-t-il déclaré. De plus, comprendre les causes de la disparition d'un habitat est la clé du succès de sa restauration.

Par exemple, à Long Island, New York, où Alyson Lowell mène une grande partie de ses recherches sur le métabolisme des herbiers marins et ses effets sur la biochimie de l'eau marine en tant que doctorante à l'Université Stony Brook, la lumière est le facteur qui empêche Zostera de fournir de meilleurs services écologiques . . La pollution par les nutriments dans une zone densément peuplée comme New York stimule la prolifération d'algues, qui privent les herbiers marins de la lumière de la photosynthèse. "Sur Long Island, pour une restauration efficace de l'environnement, nous devons nettoyer notre colonne d'eau", déclare Lowell.

Selon Fraschetti, les facteurs qui contribuent à la dégradation d'un habitat doivent être abordés de manière plus urgente que l'acidification des eaux. "En Méditerranée, la posidonie disparaît pour des raisons autres que l'acidification", a-t-il déclaré.
Le sixième rapport d'évaluation du GIEC affirme que Posidonia pourrait atteindre l'extinction fonctionnelle d'ici 2100, principalement en raison du réchauffement des eaux marines.

"Les systèmes naturels... se caractérisent par une très forte résilience", déclare Fraschetti dans un élan d'optimisme.