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Fluctuations et perturbations, naturelles et anthropiques, des écosystèmes marins Response of Mediterranean coralline "algae" to ocean acidification and.

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1 Fluctuations et perturbations, naturelles et anthropiques, des écosystèmes marins Response of Mediterranean coralline "algae" to ocean acidification and elevated temperature Sophie Martin, Jean-Pierre Gattuso 2008 Bordeyne François Jaugeon Lucie Jehenne Florence 1

2 Conséquences :  Augmentation des températures à la surface de la Terre Océan = immense puit de carbone 10 9 t de C anthropique stocké depuis 1800 (=1/3 des émissions) Augmentation de la [CO 2 ] atm depuis le début du XIX ème siècle Ensemble du globe Terres émergées Océans Anomalies thermiques (°C) 0,0 0,5 1,0 0,0 0,5 1,0 0,0 0,5 1, Sans forçages anthropiques Avec forçages anthropiques Observations GIEC, 2007 Concentrations en CO 2 atm (ppm) IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion Sabine et al., Emissions mondiales de GES (Gt equivalent CO 2.a -1 ) GIEC, ,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 Réchauffement mondial en surface (°C) B1 A1T B2 A1B A2 A1F1 2

3  diminution du pH Lourdes conséquences possibles pour les organismes calcifieurs  Augmentation de la pression partielle en CO 2 (pCO 2 ) pour l’océan pCO 2 (ppm) 0,0 -0,2 0,2 0,4 0,6 Calcification nette (µmol CaCO 3.gFW -1.h -1 ) Crassostrea gigas Mytilus edulis B1A1TB2A1BA2A1F1 Gazeau et al., ,2 et 0,4 unité à venir Objectif : Etude des effets combinés d’une température et d’une pCO 2 élevées sur la survie, la calcification et la dissolution d’une Rhodobionte calcaire sur le long terme IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion CNRS 100 µm 3

4 (Hall-spencer et al., 2008) Pourcentage de couverture en MPOs pH 8,147,836,57 MPOs calcaires MPOs non calcaires 100 km Nice Villefranche-sur-Mer Monaco Lieu de prélèvements 1 km Google Earth, 2011 Nice N Pourquoi Lithophyllum cabiochae (Boudouresque et Verlaque) Athanasiadis ?  Rhodobionte encroutante du coralligène  bioconstructeur IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion  Composé utilisé = forme parmi les plus soluble du carbonate de calcium  CaCO 3 à haute teneur de magnésium (Fabry et al., 2008) JG Harmelin © Bluemarine - MedSeaWeb Organismes récoltés dans la baie de Villefranche-sur-Mer 25 m 4 (SAP BIO, 2003)

5 110 L Ajustement pCO 2 à 400 ppm pCO 2 et température ambiantes = 400 T pCO 2 ambiante, température élevée = 400 T L Ajustement pCO 2 à 700 ppm pCO 2 élevée, température ambiante = 700 T pCO 2 et température élevées = 700 T+3 26 L 40 individus 10 m de profondeur Eau de mer non filtrée, renouvelée à 50 %.h individus Séchés puis remis dans chaque aquarium Evaluation surface du thalle et parties vivantes 10 individus IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion 5

6 Température (°C) J ASONDJ F MAM JJ A Date 20 m 30 m T + 3 T  Nécrose et mortalité 400 T T 700 T Date Nécroses (%) IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion Mortalité (%) Date 400 T T 400 T 700 T+3 Lithophyllum cabiochae o 10 à 23 °C : bonne résistance o 25 °C : MPOs affectés après quelques semaines  Effet significatif de la température  pCO 2 amplifie la sensibilité à la température Martin et Gattuso,

7 Rodolfo-Metalpa et al., 2009 Ex : Paramuricea clavata (Cnidaire) pCO 2 = facteur principal d’apparition de nécroses IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion  Stress thermique = diminution de résistance aux pathogènes ? Ex : Myriapora truncata (Bryozoaire)  Résultat opposé dans d’autres groupes taxonomiques Vibrio coralliilyticus = pathogène thermodépendant 1999  Augmentation virulence du pathogène et/ou sensibilité de l’hôte Bally et Garrabou, 2007 Température (°C) Date /8 31/8 7/914/921/928/ mm

8 Date G’net (mg.cm -2.d -1 ) 700 T T T 700 T IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion 48 ± 5 mg de CaCO 3.cm -2.a -1 (400 T) Saisonnalité : été ≠ hiver  Calcification Problème : pas de retour Hypothèses : o “Effet aquarium” o Effet des épibiontes Mésocosme Date G net (mg.cm -2.d -1 ) 700 T T T 700 T 0,0 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 -0,1 -0,2 JA J J MA M FJDNOSA 8 o Affranchissement de certains paramètres o Mais également certaines contraintes… F. Bassemayousse

9 IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion Date G’net (mg.cm -2.d -1 ) 700 T T T 700 T  Gnet : significativement affectée par température et pCO 2 élevées  G’net : aucune différence significative entre traitements  Mécanisme non affecté Date G net (mg.cm -2.d -1 ) 700 T T T 700 T 0,0 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 -0,1 -0,2 J A J J MA M FJDNOSA 9  Taux de calcification significativement affecté par température et pCO 2 élevées

10 Ex : Amphiura filiformis (Echinoderme) Calcification amplifiée par pCO 2 élevée Ex : Sepia officinalis (Mollusque)  Résultat dépendant de l’espèce !  Et du stade de vie… Lischka et al., Poids du corps (g) ,0 0,2 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Temps d’incubation (d) Quantité de CaCO 3 dans l’os de seiche (g) Gutowska et al., ,07,77,36,8 pH Quantité de calcium par bras (g) Bras régénérés Bras déjà établis Wood et al., 2008 Aucune sensibilité à l’augmentation de pCO 2 IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion 10 2 mm

11 Dissolution nette (mg.cm -2.d -1 ) Date 700 T T 400 T 400 T+3 JM A J A IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion  Dissolution  Effets significatifs de la pCO 2 et de la température Tendance à la diminution Hypothèse : Installation de spores de MPOs 11 Ex : Mytilus galloprovincialis (Mollusque) pCO 2 élevée  dissolution marquée Bioérosion Présence de microorganismes endolithiques  microgaleries Michaelidis et al., Botha, 2011

12 IntroductionMatériel et MéthodesRésultats / DiscussionConclusion 12 Lithophyllum cabiochae  effets significatifs de l’élévation de la température et de la pCO 2 o Nécroses et mortalités o Calcification o Dissolution Absence de plusieurs scénarios Mésocosme Durée de l’expérience Plusieurs paramètres Choix de l’espèce Tous les taux sont affectés !! Résultats variables selon les espèces !! ! 2 mm

13 13  Fabry V. J., Seibel B. A., Feely R. A., Orr J. C. (2008) Impacts of ocean acidification on marine fauna and ecosystem processes. ICES Journal of Marine Science, Vol. 65: 414–432  Gazeau R., Quiblier C., Jansen J. M., Gattuso J.P., Middelburg J. J., Heip C. H. R. (2007) Impact of elevated CO 2 on shellfish calcification. Geophysical Research Letters Vol. 34 : L07603  GIEC, 2007 : Bilan 2007 des changements climatiques. Contribution des Groupes de travail I, II et III au quatrième Rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat [Équipe de rédaction principale, Pachauri, R.K. et Reisinger, A. (publié sous la direction de~)]. GIEC, Genève, Suisse, …, 103 pages.  Gutowska M. A., Pörtner H. O., Melzner F. (2008) Growth and calcification in the cephalopod Sepia officinalis under elevated seawater pCO 2. Mar. Ecol. Prog. Ser. Vol. 373 : 303 – 309  Hall-Spencer J. M., Rodolfo-Metalpa R., Martin S., Ransome E., Fine M., Turner S. M., Rowley S. J., Tedesco D., Buia M. (2008) Volcanic carbon dioxide vents show ecosystem effects of ocean acidification. Nature Vol. 545 : 96 – 99  Lischka S., Büdenbender J., Boxhammer T., Riebesell U. (2010) Impact of ocean acidification and elevated temperatures on early juveniles of the polar shelled pteropod Limacina helicina: mortality, shell degradation, and shell growth. Biogeosciences Discussions Vol. 7 : 8177 – 8214  Michaelidis B., Ouzounis C., Paleras A., Pörtner H. O. (2005) Effects of long-term moderate hypercapnia on acid–base balance and growth rate in marine mussels Mytilus galloprovincialis. Mar Ecol Prog Ser Vol. 293 : 109 – 118  Rodolfo-Metalpa R., Lombardi C., Cocito S., Hall-Spencer J. M., Gambi M. C. (2010) Effects of ocean acidification and high temperatures on the bryozoan Myriapora truncata at natural CO 2 vents. Marine ecology Vol. 31 : 447 – 456  Sabine C. L., Feely R. A., Gruber N., Key R. M., Lee K., Bullister J. L., Wanninkhof R., Wong C. S., Wallace D. W. R., Tilbrook B., Millero F. J., Peng T., Kozyr A., Ono T., Rios A. F. (2004) The Oceanic Sink for Anthropogenic CO 2. Science Vol. 305 : 367 – 371  SAP BIO (2003) The coralligenous in the Mediterranean Sea. United Nations Environment programme. Regional Activity Centre for Specially Protected Areas, Tunis, Tunisie. 87 p  Wood H. L., Spicer J. I., Widdicombe S. (2008) Ocean acidification may increase calcification rates, but at a cost. Proc. R. Soc. B. Vol. 275 : 1767 – 1773 Bibliographie

14 14 Merci de votre attention !!

15 15 Fluctuations et perturbations, naturelles et anthropiques, des écosystèmes marins Bordeyne François Jaugeon Lucie Jehenne Florence Response of Mediterranean coralline "algae" to ocean acidification and elevated temperature Sophie Martin, Jean-Pierre Gattuso 2008

16 16 Différents modèles socio-économiques Economie privilégiéeEcologie privilégiée Globalisation Globalisation (Monde homogène) A1 Croissance économique rapide ( °C) B1 Durabilité environnementale globale ( °C) Régionalisation Régionalisation (Monde hétérogène) A2 Dev. économique avec une orientation régionale ( °C) B2 Durabilité environnementale locale ( °C) A1F1Technologies basées sur énergies fossiles A1TBasées sur énergies non fossiles A1BBasées sur un équilibre des sources énergétiques

17 17 Photosynthèse Respiration Echange air-océan Bicarbonate Carbonate Calcification Dissolution Acide carbonique Kleypas et al. (2006) modifié Schéma simplifié de l’équilibre des carbonates dans l’océan Calcification:  faible pH  diminution capacité absorption du CO 2 atm par l’océan de surface Dissolution:  effet inverse

18 pCO 2 Pression partielle d’un gaz dans un mélange = pression du gaz s’il occupait à lui seul tout le volume considéré Saisonnalité pour le taux de calcification températures et de l’irradiance  des facteurs influençant positivement la calcification Hiver : T et irradiance non optimales pour la photosynthèse. Augmentation  mécanisme de photosynthèse plus efficace  plus grande allocation d’énergie à la calcification. 18 ca. abréviation du latin circa  « aux alentours de »

19 19 Technique du poids flottant Poids de l’objet dans l’air = Poids dans l’eau / (1-(densité eau / densité objet )) Formule du taux de calcification net : G net = [(W ti+1 – W ti )/S ti ]/t t = temps entre t i et t i+1 W ti+1 = poids humide du squelette au temps t i+1 W t = poids humide du squelette au temps t i S ti = surface du thalle à t i+1 Tests statistiques effectués Nécroses et mortalité : test de Kruskal Wallis, puis Mann-Whitney (Normalité : test de Shapiro-Wilks, Egalité des variances : test de Levene) Dissolution : Log transformation suivie d’une Anova et d’un test HSD Calcification : o Anova, puis test Tukey’s HSD vs Spjotvoll/Stoline test (selon taille ech) o Kruskal Wallis quand égalité des variances et normalité non respectées

20 20 Alcalinité totale Concentration de toutes les bases qui peuvent accepter H+. pCO 2 pCO 2 déterminée à partir du pH, de l’alcalinité totale, de la température et de la salinité  permet de vérifier les valeurs de pCO2 à partir de données relativement simple à obtenir

21 21 Cycle de reproduction des corallines

22 22 Acidification entraine une acidose extracellulaire. Pour la compenser, dissolution de la coquille  augmentation du taux de bicarbonates dans l’hémolymphe. Exemple de la moule


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