Anastasios Tselepides

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1 Anastasios Tselepides
Deep-sea ecosystem response to climate changes : the eastern Mediterranean case study Roberto Danovaro, Antonio Dell’Anno, Mauro Fabiano, Antonio Pusceddu et Anastasios Tselepides TRENDS in Ecology & Evolution Vol.16 No.9 September 2001 Sophie DE GRISSAC M1BEM Pierre CRESSON UE 39 FLUC

2 Introduction Écosystèmes profonds caractérisés par : Oligotrophie
Pas de production primaire photosynthétique  Dépendant des flux de matière surface-fond Paramètres physico-géochimiques stables dans le temps et l’espace (hors hydrothermalisme).

3 La circulation en Mediterrannée
Introduction La circulation en Mediterrannée 3 zones hivernales de plongée : Bassin Levantin, Golfe du Lion et Adriatique Lascratos et al, 1999

4 L' Eastern Mediterranean Transient Event (EMT)
: Période sèche  formation massive d'eau de forte masse volumique en surface relativement chaudes, par de la Salinité (vents, baisse apports d'eau douce). D'après site Internet JP BETHOUX,1996 : Hivers exceptionnellement froids + vents  refroidissement des eaux de surface Plongée de ces masses d'eaux (1 Sv) Création d'une nouvelle couche d'eau de fond anormalement froide (-0,3 à 0,4°C) Remontée d'une couche riche en nutrients (TMW) Réchauffement SST CDW -0,4°C m Klein et al, 1999

5 Remplacement de 20% des anciennes eaux profondes (MDW).
Changement de la zone de formation des eaux profondes de Méditerranée (Adriatique Mer Égée). Remplacement de 20% des anciennes eaux profondes (MDW). Lascaratos et al, 1999

6 Conséquences biogéochimiques
Nutrients ++  de production primaire (20-2560-80 g C m-2.y-1)  taille des UPOs flux verticaux de matière organique ("phytodétritus" x2) des apports organiques et de leur qualité (plus facilement métabolisables). Protéines/Carbohydrates Chl a (µg g-1 ,log) Depth = 950m Anglais : volontaire? C/N Depth = 1540m

7 Conséquences biologiques
Attendues : des ressources disponibles  des populations benthiques (microorganismes, méio et macrofaune). Densité bactérienne (cell x108g-1) 1540 m 950 m L'inverse ! Observées : Bactéries : % de la biomasse, 50% du turnover. Méiofaune : densité -65%, biomasse -80% (nématodes) Méiofaune (nb x10cm-2)

8 Conséquences biologiques
Hypothèses : Impact direct de la baisse de température (effet négatif sur le métabolisme (Danovaro et al., 2004)) Impact direct du changement brutal de température (Organismes adaptés à des conditions stables pendant une longue période). Impact indirect : diminution de la biomasse bactérienne  diminution des ressources nutritives pour les nématodes consommateurs de microorganismes. Conséquences : Diminution de la consommation et de la reminéralisation de la matière organique Augmentation de la concentration de matière organique dans le sédiment.

9 Conséquences sur la diversité spécifique
Il existe une forte corrélation entre SR et température. Danovaro et al. (2004) biodiversité pour tous les indices testés (e.g. : Shannon, Margalef) Richesse Spécifique x2 Espèces Genres Bottom temperature (°C) SR SR Retour conditions antérieures Réchauffement SST CDW -0,4°C Temperature shift SR espèces genres

10 Conséquences sur la diversité spécifique
Hypothèses : Apports d’espèces atlantiques par disparition d’une barrière hydrologique (température) La diminution de la biomasse laisse de la place et l’accès aux ressources à des espèces moins compétitives auparavant = « Théorie des perturbations intermédiaires »). (Dial et al., 1998) Par ailleurs, l’indice d’uniformité (abondance relative des espèces) diminue en même temps que la richesse spécifique  changement de structure de la communauté.

11 … et sur la diversité fonctionnelle
Résultats attendus : Lien entre diversité spécifique et diversité fonctionnelle. On attend donc que la diversité fonctionnelle augmente de 1989 à 1995. L'inverse ! Résultats observés : de la diversité fonctionnelle ( ) diversité trophique Prédominance des espèces scavenger et prédateurs + lien avec la baisse de biomasse. Effet feed-back ? Danovaro et al. (2004, 2008)

12 Impact sur le fonctionnement des écosystèmes
Ecosystem efficiency Faunal Biomass / Biopolymeric C Functional diversity Trophic diversity traits Une réduction de la biodiversité fonctionnelle serait associée à un déclin exponentiel des processus de l’écosystème entier. Artefact ? Simple covariation de plusieurs paramètres en réponse aux changements environnementaux ? Danovaro et al. (2008)

13 De 1989 à 1995 + + prod 1aire de la pluie organique
Plongée d'eau froide et salée Remontée de nutrients Apport d'espèces atlantiques T -0,4°C ? densité nématodes ? biodiversité et RS Modif de l'éco-système densité bactérienne Indice trophique reminéralisation Accumulation matière organique

14 Retour aux conditions moyennes antérieures?
Après 1994 : retour à des conditions atmosphériques/climatiques proches des moyennes antérieures Retour progressif aux valeurs antérieures à 1992 pour les paramètres physiques et chimiques Retour aux valeurs d'avant 1989 pour l’indice de Shannon (au niveau des genres) et diversité trophique. Tous les autres indices : retour aux valeurs antérieures semble amorcé mais pas significatif. Sauf indice d’uniformité : aucun retour, continue de baisser. Après la crise la Méditerranée ressemble plus à l’Atlantique qu'avant (2%16% puis 11% de similarité après la crise)

15 Conclusion Les écosystèmes profonds répondent directement et indirectement à un changement climatique à l’échelle régionale. Cette variation dans les forçage climatique affecte la biomasse et la diversité spécifique mais également le fonctionnement global de l'écosystème par effet « cascade » ainsi que les cycles biogéochimiques de C et N. « Les écosystèmes profonds sont extrêmement vulnérables à la perte de biodiversité ». (Danovaro et al., 2008)  Ici c’est de biodiversité fonctionnelle qu’il faut parler. Quelle résilience des écosystèmes profonds ?  manque de recul et d’études. Méditerranée = modèle de la potentielle instabilité de la circulation océanique (Bethoux et al, 1990, 1999) ? Peut-on prédire les effets du changement global sur les écosystèmes profonds de la planète ? + pas de prise en compte d’autres fluctuations naturelles (NAO, AO) (Belgrano, 2002)

16  Quels moyens de conservation ?
Conclusion Écosystèmes profonds Réservoir important de biodiversité Biens fournis : biomasse, molécules bioactives, hydrocarbures, minéraux. Services rendus : régulation du climat, régénération des nutrients et approvisionnement de la zone euphotique  nourriture. Implication importante dans les processus bio-géochimiques et écologiques. Les écosystèmes profonds sont donc essentiels au fonctionnement « durable » de notre biosphère.  Quels moyens de conservation ? Danovaro et al., 2008

17 Sources Publications :
Belgarno A., Danovaro R. Letters. News &Comment TRENDS in Ecology & Evolution Vol.17 No.1 January 2002. Bethoux JP , Gentili B , Morin P, Nicolas E, Pierre C;, Ruiz-Pino. D The Mediterranean Sea: a miniature ocean for climatic and environmental studies and a key for the climatic functioning of the North Atlantic. Progress in Oceanography 44, 131–146 Bethoux, J.P., Gentili, B., Raunet, J. & Tailliez, D Warming trend in the western Mediterranean deep water. Nature, 347, 660–662. Danovaro, R., Dell’Anno, A., Fabiano, M., Pusceddu, A. & Tselepides, A Deep-sea ecosystem response to climate changes: the eastern Mediterranean case study. Trends in Ecology and Evolution, 16, 505–510. Danovaro R., Dell’Anno A., & Pusceddu A, 2004, Biodiversity response to climate change in a warm deep sea, Ecology Letters 7: 821–828 Danovaro R., Gambi C., Dell’Anno A., Corinaldesi C., Fraschetti S, Vanreusel A., Vincx M., & Gooday A. J., 2008, Exponential Decline of Deep-Sea Ecosystem Functioning Linked to Benthic Biodiversity Loss, Current Biology 18, 1–8. Danovaro R., Gambi C., Dell’Anno A., Corinaldesi C., Fraschetti S, Vanreusel A., Vincx M., & Gooday A. J., 2008, Exponential Decline of Deep-Sea Ecosystem Functioning Linked to Benthic Biodiversity Loss, Current Biology 18, 1–8. Supplemental Data Dial R., et J. Roughgarden Theory of marine communities: the intermediate disturbance hypothesis. Ecology 79: Klein, B., Roether, W., Manca, B.B., Bregant, D., Beitzel, V., Kovačević V., Lucchetta, A., The large deep water transient in the Eastern Mediterranean. Deep-Sea Research I 46, 371–414 Lascaratos, A., Roether, W., Nittis, K. & Klein, B Recent changes in deep water formation and spreading in the eastern Mediterranean Sea: a review. Progress in Oceanography, 44, 5–36. Web consulté avril 2008

18 Prise en compte de l'hétérogénéité
Danovaro et al, 2008 Supplemental Data

19 Diversité fonctionnelle
… et sur la diversité fonctionnelle Meiofaunal biomass Mais ! La diversité fonctionnelle est aussi liée à la biomasse des bactéries et de la méiofaune. Explication de la contradiction précédente ? Dans quel sens faut-il voir la relation ? Finalement, la forte diminution de biomasse observée pourrait aussi résulter de la perte de diversité fonctionnelle. (effet feed-back). Prokaryote biomass Danovaro et al. (2008) Diversité fonctionnelle