En combinant les données du programme à long terme Hawai’i Ocean Time-series avec de nouvelles simulations de modèles climatiques menées sur l’un des superordinateurs les plus rapides de Corée du Sud, les scientifiques ont révélé qu’un mécanisme, connu sous le nom de plasticité de l’absorption des nutriments, permet aux algues marines de s’adapter et de faire face à des conditions océaniques pauvres en éléments nutritifs devraient se produire au cours des prochaines décennies en réponse au réchauffement climatique de la partie supérieure de l’océan.

Le phytoplancton est une minuscule algue qui dérive à la surface de l’océan et constitue la base du réseau trophique marin. Lors de la photosynthèse, ces algues absorbent des nutriments (p. ex., phosphate, nitrate), absorbent du dioxyde de carbone dissous et libèrent de l’oxygène, qui représente environ 50 % de l’oxygène que nous respirons. Savoir comment les algues marines réagiront au réchauffement climatique et au déclin associé des nutriments dans les eaux océaniques supérieures est donc crucial pour comprendre l’habitabilité à long terme de notre planète.

L’évolution du taux de production annuel de phytoplancton à l’échelle mondiale au cours des 80 prochaines années reste très incertaine. Le dernier rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) indique une incertitude de -20% à +20%, ce qui implique une incertitude quant à l’augmentation ou la diminution du phytoplancton à l’avenir.

Le réchauffement climatique affecte davantage les couches supérieures de l’océan que les couches profondes. L’eau plus chaude est plus légère et, par conséquent, la partie supérieure de l’océan deviendra plus stratifiée à l’avenir, ce qui réduit le mélange des nutriments du sous-sol dans la couche éclairée par le soleil, où réside le phytoplancton. Des études antérieures ont suggéré que l’épuisement futur attendu des nutriments près de la surface conduirait à une réduction substantielle de la production de phytoplancton océanique avec des effets étendus et potentiellement catastrophiques sur les écosystèmes marins et le climat.

Mais selon une nouvelle étude en Avancées scientifiques, cela peut ne pas arriver. De nouvelles analyses des données sur le phytoplancton de la partie supérieure de l’océan du programme Hawai’i Ocean Time-series montrent que la productivité peut être maintenue, même dans des conditions très appauvries en nutriments. « Dans de telles conditions, les cellules phytoplanctoniques individuelles peuvent remplacer le phosphore par du soufre. Au niveau communautaire, on pourrait voir d’autres changements vers des taxons qui nécessitent moins de phosphore », explique David Karl, co-auteur de l’étude, professeur d’océanographie à l’Université d’Hawaï. i et co-fondateur du programme Hawai’i Ocean Time-series Study, pour illustrer le concept de plasticité du phytoplancton. Une autre preuve à l’appui de la plasticité vient du fait que dans les régions subtropicales, où les concentrations de nutriments dans les eaux de surface sont faibles, les algues absorbent moins de phosphore par quantité de carbone stockée dans leurs cellules, par rapport à la moyenne mondiale.

Pour étudier l’impact de ce « piratage » métabolique unique sur la productivité mondiale des océans au cours des prochaines décennies, l’équipe a exécuté une série de simulations de modèles climatiques avec le modèle Community Earth System (version 2, CESM2) sur leur supercalculateur Aleph. En désactivant la plasticité du phytoplancton dans leur modèle, les auteurs ont pu reproduire qualitativement les résultats du modèle précédent d’une baisse de la productivité globale d’environ 8 %. Cependant, en activant le paramètre de plasticité dans leur modèle, d’une manière qui capture les observations près d’Hawai’i au cours des 3 dernières décennies, la simulation informatique révèle une augmentation de la productivité globale pouvant atteindre 5 % jusqu’à la fin de ce siècle. « Au niveau régional, cependant, ces futures différences de productivité peuvent être beaucoup plus élevées, atteignant jusqu’à 200 % dans les régions subtropicales », explique le Dr Eun Young Kwon, premier auteur de l’étude et chercheur au Centre IBS pour la physique du climat de l’Université nationale de Pusan. , Corée du Sud. Avec cette augmentation de productivité supplémentaire, l’océan peut également absorber plus de dioxyde de carbone de l’atmosphère et éventuellement le séquestrer sous la surface de l’océan.

Inspirés par les résultats de leurs simulations de modèles informatiques de sensibilité, les auteurs ont ensuite examiné 10 autres modèles climatiques, dont les données ont été utilisées dans les 6 dernières années.^e Rapport d’évaluation du GIEC. Les résultats ont confirmé les premières conclusions de l’auteur. « Les modèles sans plasticité ont tendance à projeter une baisse globale de la production primaire pour le 21^St siècle, alors que ceux qui expliquent la capacité du phytoplancton à s’adapter à des conditions de faible teneur en nutriments montrent en moyenne une augmentation de la productivité mondiale », déclare le Dr MG Sreeush, co-auteur correspondant de l’étude et chercheur postdoctoral au Centre IBS pour la physique du climat.

« Même si notre étude démontre l’importance de la protection biologique des changements écologiques à l’échelle mondiale, cela ne signifie pas que le phytoplancton est à l’abri du changement climatique induit par l’homme. Par exemple, l’aggravation de l’acidification des océans réduira les taux de calcification de certains types de phytoplancton, qui peut conduire à des changements à grande échelle dans les écosystèmes. » prévient le Dr Eun Young Kwon. Ces facteurs ne sont pas encore bien compris ni représentés dans les modèles climatiques.

« Les futurs modèles du système terrestre doivent utiliser des représentations améliorées basées sur l’observation de la façon dont le phytoplancton réagit à de multiples facteurs de stress, y compris le réchauffement et l’acidification des océans. Cela est nécessaire pour prédire l’avenir de la vie marine sur notre planète », déclare le professeur Axel Timmermann, co-auteur de cette étude et directeur de l’IBS Center for Climate Physics.