Sophie Martin, Jean-Pierre Gattuso Bordeyne François Jaugeon Lucie Jehenne Florence 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 http://fran.cornu.free.fr www.marbef.com www.eoearth.org

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Océan = immense puit de carbone 109 t de C anthropique stocké depuis 1800 (=1/3 des émissions) Augmentation de la [CO2]atm depuis le début du XIXème siècle Sabine et al., 2004 Concentrations en CO2 atm (ppm) 2000 2100 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Emissions mondiales de GES (Gt equivalent CO2.a-1) Conséquences : Augmentation des températures à la surface de la Terre GIEC, 2007 1900 2000 2100 -1,0 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 Ensemble du globe Terres émergées Océans Anomalies thermiques (°C) 0,0 0,5 1,0 1900 1950 2000 Sans forçages anthropiques Avec forçages anthropiques Observations GIEC, 2007

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Augmentation de la pression partielle en CO2 (pCO2) pour l’océan 1000 2000 3000 pCO2 (ppm) 0,0 -0,2 0,2 0,4 0,6 Calcification nette (µmol CaCO3.gFW-1.h-1) Crassostrea gigas Mytilus edulis B1 A1T B2 A1B A2 A1F1 Gazeau et al., 2007  diminution du pH - 0,2 et 0,4 unité à venir Lourdes conséquences possibles pour les organismes calcifieurs www.futura-sciences.com CNRS 100 µm Objectif : Etude des effets combinés d’une température et d’une pCO2 élevées sur la survie, la calcification et la dissolution d’une Rhodobionte calcaire sur le long terme

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Pourquoi Lithophyllum cabiochae (Boudouresque et Verlaque) Athanasiadis ? Rhodobionte encroutante du coralligène  bioconstructeur JG Harmelin (SAP BIO, 2003) © Bluemarine - MedSeaWeb Composé utilisé = forme parmi les plus soluble du carbonate de calcium  CaCO3 à haute teneur de magnésium (Fabry et al., 2008) (Hall-spencer et al., 2008) Pourcentage de couverture en MPOs 20 40 60 80 100 pH 8,14 7,83 6,57 MPOs calcaires MPOs non calcaires 100 km Nice Villefranche-sur-Mer Monaco Lieu de prélèvements 1 km Google Earth, 2011 N Organismes récoltés dans la baie de Villefranche-sur-Mer 25 m

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion 10 individus Séchés puis remis dans chaque aquarium Evaluation surface du thalle et parties vivantes 10 individus pCO2 et température ambiantes = 400 T pCO2 ambiante, température élevée = 400 T+3 pCO2 élevée, température ambiante = 700 T pCO2 et température élevées = 700 T+3 26 L 40 individus Eau de mer non filtrée, renouvelée à 50 %.h-1 110 L Ajustement pCO2 à 400 ppm 110 L Ajustement pCO2 à 700 ppm 10 m de profondeur

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Nécrose et mortalité 400 T+3 400 T 700 T Date Nécroses (%) www.marbef.org Lithophyllum cabiochae 10 à 23 °C : bonne résistance 25 °C : MPOs affectés après quelques semaines 15 20 25 Température (°C) J A S O N D F M Date 20 m 30 m T + 3 T Mortalité (%) Date 400 T+3 700 T 400 T 700 T+3 Effet significatif de la température pCO2 amplifie la sensibilité à la température Martin et Gattuso, 2010

Résultat opposé dans d’autres groupes taxonomiques Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Résultat opposé dans d’autres groupes taxonomiques 2 mm Ex : Myriapora truncata (Bryozoaire) www.doris.ffessm.com pCO2 = facteur principal d’apparition de nécroses Rodolfo-Metalpa et al., 2009 Vibrio coralliilyticus = pathogène thermodépendant Stress thermique = diminution de résistance aux pathogènes ? Température (°C) Date 1999 24/8 31/8 7/9 14/9 21/9 28/9 24 22 20 18 16 14 1998 Ex : Paramuricea clavata (Cnidaire) 1999  Augmentation virulence du pathogène et/ou sensibilité de l’hôte Bally et Garrabou, 2007

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Calcification Date G net (mg.cm-2.d-1) 700 T+3 400 T+3 400 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 M F D N O S 48 ± 5 mg de CaCO3.cm-2.a-1 (400 T) Saisonnalité : été ≠ hiver Problème : pas de retour Hypothèses : “Effet aquarium” Effet des épibiontes F. Bassemayousse Date G’net (mg.cm-2.d-1) 700 T+3 400 T+3 400 T 700 T Mésocosme Affranchissement de certains paramètres Mais également certaines contraintes…

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Date G net (mg.cm-2.d-1) 700 T+3 400 T+3 400 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 M F D N O S Gnet : significativement affectée par température et pCO2 élevées G’net : aucune différence significative entre traitements Date G’net (mg.cm-2.d-1) 700 T+3 400 T+3 400 T 700 T  Mécanisme non affecté  Taux de calcification significativement affecté par température et pCO2 élevées

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Ex : Amphiura filiformis (Echinoderme) 2 mm Calcification amplifiée par pCO2 élevée 8,0 7,7 7,3 6,8 pH 5 10 15 20 25 30 35 40 Quantité de calcium par bras (g) Bras régénérés Bras déjà établis 5 10 15 20 25 30 Poids du corps (g) 40 0,0 0,2 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Temps d’incubation (d) Quantité de CaCO3 dans l’os de seiche (g) Wood et al., 2008 Ex : Sepia officinalis (Mollusque) Aucune sensibilité à l’augmentation de pCO2 Gutowska et al., 2008  Résultat dépendant de l’espèce !  Et du stade de vie… Lischka et al., 2010

Résultats / Discussion Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Dissolution nette (mg.cm-2.d-1) Date 700 T+3 700 T 400 T 400 T+3 J M A Dissolution  Effets significatifs de la pCO2 et de la température Ex : Mytilus galloprovincialis (Mollusque) pCO2 élevée  dissolution marquée www.greekfish.com Michaelidis et al., 2005 Tendance à la diminution Hypothèse : Installation de spores de MPOs Bioérosion Présence de microorganismes endolithiques  microgaleries Botha, 2011

Résultats / Discussion Tous les taux sont affectés !! Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion Lithophyllum cabiochae  effets significatifs de l’élévation de la température et de la pCO2 Nécroses et mortalités Tous les taux sont affectés !! Calcification Résultats variables selon les espèces !! ! 2 mm Dissolution Durée de l’expérience Absence de plusieurs scénarios Plusieurs paramètres Mésocosme Choix de l’espèce

Bibliographie 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 CO2 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 pCO2. 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 CO2 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 CO2. 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

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Sophie Martin, Jean-Pierre Gattuso Bordeyne François Jaugeon Lucie Jehenne Florence 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 http://fran.cornu.free.fr www.marbef.com www.eoearth.org

Différents modèles socio-économiques  Economie privilégiée Ecologie privilégiée Globalisation (Monde homogène) A1 Croissance économique  rapide (1.4 - 6.4 °C) B1 Durabilité environnementale globale  (1.1 - 2.9 °C) Régionalisation (Monde hétérogène) A2 Dev. économique avec une orientation régionale (2.0 - 5.4 °C) B2 Durabilité environnementale locale (1.4 - 3.8 °C) A1F1 Technologies basées sur énergies fossiles A1T Basées sur énergies non fossiles A1B Basées sur un équilibre des sources énergétiques

Schéma simplifié de l’équilibre des carbonates dans l’océan Photosynthèse Respiration Echange air-océan Bicarbonate Carbonate Calcification Dissolution Acide carbonique Calcification: faible pH diminution capacité absorption du CO2 atm par l’océan de surface Dissolution: effet inverse Kleypas et al. (2006) modifié

Saisonnalité pour le taux de calcification pCO2 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. ca. abréviation du latin circa  « aux alentours de »

Technique du poids flottant Poids de l’objet dans l’air = Poids dans l’eau / (1-(densitéeau / densitéobjet)) Formule du taux de calcification net : Gnet = [(Wti+1 – Wti)/Sti]/t t = temps entre ti et ti+1 Wti+1 = poids humide du squelette au temps ti+1 Wt = poids humide du squelette au temps ti Sti = surface du thalle à ti+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 : Anova, puis test Tukey’s HSD vs Spjotvoll/Stoline test (selon taille ech) Kruskal Wallis quand égalité des variances et normalité non respectées

Alcalinité totale Concentration de toutes les bases qui peuvent accepter H+. pCO2 pCO2 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

Cycle de reproduction des corallines

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