Les facteurs écologiques(Suite) La lumière

Presque toute l’énergie reçue par la biosphère est utilisée pour la synthèse de la biomasse, et une grande partie de celle permettant le maintien des conditions de vie de l’activité animale et humaine, ont pour origine le rayonnement solaire. La photosynthèse, les mouvements des grandes masses d’eau et d’air, indispensables au maintien de la vie sur terre, utilisent de l’énergie d’origine solaire. LA LUMIERE :

On peut, en première approximation, considérer les organismes marins comme : - euryphotiques : supportant de grandes variations d'éclairements ; - photophiles : recherchant des éclairements importants ; - sciaphiles : ne tolérant que des éclairements atténués ; aphotiques : vivant normalement dans une obscurité complète.

LA LUMIERE EN MILIEU MARIN C'est un facteur indispensable à la vie des algues,des phanérogames marines et de toutes les espèces phytoplanctoniques ;il agit quantitativement et qualitativement sur ces végétaux photosynthétiques. En effet, l'intensité lumineuse qui parvient à une certaine profondeur dépend de la turbidité de l'eau mais en même temps la hauteur d'eau traversée modifie aussi  la composition spectrale de cette lumière. LA LUMIERE EN MILIEU MARIN

L'absorption de lumière croit avec la profondeur Les espèces chlorophylliennes vivent dans la zone euphotique (10 % de l'eau de mer!) où elles jouissent de suffisamment de lumière pour que s'équilibrent énergétiquement les processus de synthèse de matière vivante et de dégradation respiratoire; ainsi chaque espèce possède une limite inférieure profonde de compensation où ces 2 processus s'équilibrent. L'absorption de lumière croit avec la profondeur

L'absorption de lumière dépend de la transparence des eaux qui peut varier de quelques cm dans les zones portuaires à 200 mètres dans les Baléares, de quelques cm à 40 mètres dans l'Atlantique nord! Soulignons que les aménagements littoraux provoquent la remontée de la profondeur de compensation qui est en moyenne d'une trentaine de mètres et la réduction de la zone littorale où est implanté le phytobenthos végétal.

Dans la zone côtière on rencontre des algues photophiles qui ont besoin d'une quantité de lumière importante alors que les algues dites sciaphiles qui ont des besoins en lumière plus réduits occupent des profondeurs plus importantes. Pourtant on peut assister à la remontée d'espèces sciaphiles Ex: Halimeda tuna dans des eaux superficielles à la faveur de conditions topographiques favorables (fissures, anfractuosités, surplombs rocheux) ou profitant du couvert d'autres algues.

En Méditerranée, la zone oligophotique (= qui jouit de peu de lumière, entre 200 et 500 m) et la zone aphotique (= qui est privée de lumière, à patir de 500 m et au delà) constituent le système aphytal où la quantité de lumière est trop faible voire absente pour permettre le développement des végétaux.

L'absorption des radiations lumineuses dépend des longueurs d'onde des radiations lumineuses

En effet, lors de la pénétration de la lumière en milieu aquatique,  les radiations rouges de longueur d'onde supérieure à 600 nm, sont absorbées entre 0 et15 mètres de profondeur, puis les jaunes et les orangées alors que les radiations vertes et bleues disparaissent plus profondément entre 75 et 100 mètres; à 200 mètres subsiste une faible quantité de radiations bleues.

L’absorption du rayonnement solaire est très rapide dans l’eau L’absorption du rayonnement solaire est très rapide dans l’eau. Dans le visible l’absorption est d’autant plus grande par l’eau pure que la longueur d’onde est plus grande .Ce sont les radiations bleues qui pénètrent le plus profondément et qui seules dépassent 100 mètres de profondeur. Lorsque l’eau contient des éléments en suspension ou en dissolution ceux-ci absorbent une partie supplémentaire des radiations.

L’absorption du rayonnement solaire est très rapide dans l’eau L’absorption du rayonnement solaire est très rapide dans l’eau. Dans le visible l’absorption est d’autant plus grande par l’eau pure que la longueur d’onde est plus grande .Ce sont les radiations bleues qui pénètrent le plus profondément et qui seules dépassent 100 mètres de profondeur. Lorsque l’eau contient des éléments en suspension ou en dissolution ceux-ci absorbent une partie supplémentaire des radiations.

Les radiations ultra- violettes sont absorbées rapidement et leur action ne se fait plus guère sentir à quelques mètres de profondeur.

Les algues possèdent des pigments (Chlorophylles et pigments surnuméraires) qui absorbent ces radiations. Ainsi la chlorophylle a des algues vertes absorbe les radiations lumineuses dans le rouge et le bleu (et réfléchit les autres radiations qui sont donc responsables de la couleur verte de ce pigment). Les caroténoïdes des algues brunes (carotènes a, b et xanthophylles jaunes) absorbent dans le bleu. Alors que les phycobilines (phycocyanine et phycoérythrine) des algues rouges absorbent dans le vert.

L'équipement pigmentaire (dont dépend l'efficacité de l'absorption des différentes radiations) et la profondeur de compensation (au delà de laquelle les échanges respiratoires sont supérieurs aux échanges photosynthètiques rendant la survie de l'algue impossible) semblent être responsables de la distribution bathymétrique des algues. Conclusion

La lumière agit par son intensité,sa longueur d’onde,sa direction et sa durée. Son rôle écologique essentiel réside dans l’entretien de rythmes biologiques de périodes variables,quotidiens,lunaires ou saisonniers. ACTION DE LA LUMIERE

Les rythmes biologiques Nous pouvons distinguer 02 sortes de rythmes biologiques induits par la lumière: I- Rythmes biologiques saisonniers induits par la photopériode: Les exemples de saison de reproduction déterminée par la photopériode chez les vertébrés sont nombreux. Nous nous limitons à quelques cas. Les rythmes biologiques

Parmi les Poissons l’omble de fontaine Salvelinus fontinalis fraie normalement en automne. Lorsqu’on accroît artificiellement la longueur du jour au printemps et qu’on la diminue en été afin d’imiter les conditions d’éclairement qui règnent en automne,la reproduction a lieu en été.

Certains Mammifères ont un période de reproduction qui correspond aux jours de longueur décroissante;c’est le cas de la plupart des ruminants;d’autres se reproduisent en période de jours croissants:le renard et divers petits carnivores sont dans ce cas. Chez le lièvre variable Lepus timidus le pelage d’hiver blanc est induit par des photopériodes courtes.

Les rythmes dont la période est égale ou voisine de 24 heures sont appelés rythmes circadiens. Les exemples sont fort nombreux. Il y a une alternance activité/repos sur un rythme de 24 heures pour la plupart des espèces, ceci est très important pour le mode d’intervention de ces espèces dans les écosystèmes. De nombreux organismes du plancton vivent en surface la nuit et migrent en profondeur pendant la journée en raison de leur sensibilité vis-à-vis de la lumière. 2- Rythme circadienne

Exemple : En milieu marin, la production photosynthétique des cellules phytoplanctoniques est réalisée le jour et sa consommation (broutage) par le zooplancton herbivore a lieu dans une large mesure la nuit. Cette alternance est liée à phénomène très général de migration verticale nycthémérale du zooplancton.

Le zooplancton (formé essentiellement de petits crustacés herbivores) se tient en majorité à la surface la nuit et migre en profondeur le jour. De cette façon le phytoplancton peut se multiplier pendant le jour, en étant relativement peu consommé. En revanche la nuit tombée, le zooplancton remonte en surface consommer l’excès de biomasse végétale ; celle-ci se régénère le jour suivant et ainsi de suite.

De son côté, ce zooplancton de petite taille est consommé la nuit par des animaux planctoniques de plus grande taille, qui effectuent une migration de 12 heures, venant consommer le jour à des profondeurs moyennes le zooplancton herbivore et s’enfonçant la nuit à des profondeurs bien plus grandes…..où ils sont à leur tour consommés par des calmars et autres macro-organismes profonds.

Au fil du temps il y a un net mouvement de descente et c’est pourquoi les fonds océaniques sont tous meuble. Le phytoplancton tend à rester vers la surface proche. Le zooplancton fait de même une partie du temps. L’autre partie du temps il migre vers le fond, puis remonte et recommence… (Ce fait est connu depuis la seconde guerre mondiale : du au technique de repérage des sous marin par sonar). En effet, le sonars était brouillé par une couche opaque (DSL : Deep Scattering Layer), il s’agissait en fait du zooplancton (migration diurne à 100m de profondeur, puis remonte la nuit à la surface). C’est une distance énorme pour un organisme de si petite taille (quelque mm).

Pourquoi cette migration diurne Pourquoi cette migration diurne ? Quels sont les mécanismes utilisés pour cette migration ? Plus les organismes sont petits, plus leurs mouvements sont dominés par la viscosité de l’eau (principe de Reynolds). Ce qui peut les aider à ce déplacer : - Les courants en été (cellules de convection). - Les différences de densités en fonction des moments de la journée et du chargement en lipide. - Les mouvements et l’activation du plancton Les organismes zoo planctoniques dépensent beaucoup d’énergie dans cette migration. Plusieurs hypothèses on été avancé pour expliquer le but de ce phénomène :

- Eviter des prédateurs - Eviter des prédateurs ? (Les prédateurs migrent aussi) - Possibilité de rejoindre des eaux plus froides pour réduire le métabolisme et économiser de l’énergie ? (L’énergie dépensée pour migrer est beaucoup plus importante). La spirale d’Eckman permet au plancton de descendre dans la colonne d’eau et de la disperser, de l’éparpiller. On sait que si le zooplancton reste en permanence au même endroit, il finit par épuiser les ressources naturelles de phytoplancton. Le fait de migrer, conserverait les stock de phytoplancton disponible et permettrait le maintient stable des populations du zooplancton lui même.

Les mécanismes employé par le plancton : Il existe deux possibilités : - la synthèse différentielle de lipide - La locomotion. Ils utilisent une combinaison des deux et atteignent une flottabilité neutre. S’ils catabolisent plus de lipide, ils descendront davantage. Toutes les catégories de plancton ne migrent pas. Cela s’applique à 50% des taxons.

Répartition verticale du phytoplancton par rapport à la lumière. En général, l’observation des différentes couches d’eau montre de grandes variations dans la répartition verticale du phytoplancton et évidemment sa raréfaction vers les couches profondes, raréfaction directement liée à la diminution de la lumière. Cette diminution est bien illustrée par le nombre de coccolithoporidés trouvés en Méditerranée. Répartition verticale du phytoplancton par rapport à la lumière.

Répartition verticale du phytoplancton : Profondeur en mètres 20 50 77 155 230 431 631 Nombre de cellules/litre. 176 308 2980 768 16 2

En général, l’observation des différentes couches d’eau montre de grandes variations dans la répartition verticale du phytoplancton et évidemment sa raréfaction vers les couches profondes, raréfaction directement liée à la diminution de la lumière. Cette diminution est bien illustrée par le nombre de coccolithoporidés trouvés en Méditerranée.

De façon tout à fait générale, ce n’est pas dans la couche superficielle que se situe le maximum de densité, mais un peu plus bas. Cette répartition est due : aux fortes intensités d’éclairement, la photosynthèse diminue et peut être perturbée. beaucoup d’organismes du phytoplancton et en particulier les Diatomées, sont peu mobiles. Elles auront tendance à s’enfoncer en chute très ralentie et les fortes densités se tiendront à la base des couches de forte production. Les turbulences entraînent des irrégularités dans ce schéma de base tendant à homogénéiser toute la couche superficielle perturbée.

La zone comprise entre 0 et 200 mètres est celle absorbant le plus de lumière. On distingue les zones suivantes : Zone euphotique : où il y a suffisamment de lumière pour permettre la photosynthèse. Zone aphotique : c’est l’inverse, il n’y a plus suffisamment de lumière pour assurer la photosynthèse. Il y fait noir pour l’œil humain mais ce n’est pas pour cela qu’il n’y a plus du tout de lumière.   La photosynthèse a une fonction biologique : celle d’assurer la production primaire.

La photopériode est un facteur mal connu. Les durées relatives des périodes d'éclairement et d'obscurité agissent vraisemblablement (ou interagissent avec la température) sur le développement d'espèces qui présentent un maximum de développement à certaines périodes de l'année (espèces saisonnières). La photopériode intervient aussi dans le déclenchement de mécanismes reproducteurs comme la libération des spores. La photopériode est un facteur mal connu.