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46.1C : Étudier la dynamique des écosystèmes - Biologie

46.1C : Étudier la dynamique des écosystèmes - Biologie


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De nombreux modèles différents sont utilisés pour étudier la dynamique des écosystèmes, y compris des modèles holistiques, expérimentaux, conceptuels, analytiques et de simulation.

Objectifs d'apprentissage

  • Différencier les modèles conceptuels, analytiques et de simulation de la dynamique des écosystèmes et les études de recherche sur les mésocosmes et les microcosmes

Points clés

  • Un modèle d'écosystème holistique quantifie la dynamique d'un écosystème entier.
  • Les scientifiques peuvent utiliser des systèmes expérimentaux, tels qu'un microcosme ou un mésocosme, pour étudier les écosystèmes dans des conditions de laboratoire contrôlées.
  • Un modèle conceptuel utilise des organigrammes pour montrer les interactions entre les composants vivants et non vivants de l'écosystème.
  • Un modèle analytique utilise des formules mathématiques simples pour prédire les effets des perturbations environnementales sur la structure et la dynamique d'un écosystème.
  • Un modèle de simulation prédit les effets des perturbations environnementales à l'aide d'algorithmes informatiques complexes; ce sont généralement des prédicteurs assez fiables.

Mots clés

  • mésocosme: une petite partie du milieu naturel qui est amenée dans des conditions contrôlées à des fins expérimentales
  • microcosme: un écosystème artificiel et simplifié utilisé pour simuler et prédire le comportement des écosystèmes naturels dans des conditions contrôlées

Recherche sur la dynamique des écosystèmes : expérimentation et modélisation des écosystèmes

La dynamique des écosystèmes est l'étude des changements dans la structure des écosystèmes causés par des perturbations environnementales ou par des forces internes. Diverses méthodologies de recherche mesurent la dynamique des écosystèmes. Certains écologistes étudient les écosystèmes à l'aide de systèmes expérimentaux contrôlés, tandis que d'autres étudient des écosystèmes entiers dans leur état naturel ; d'autres utilisent les deux approches.

Modèle d'écosystème holistique

Un modèle d'écosystème holistique tente de quantifier la composition, l'interaction et la dynamique d'écosystèmes entiers. Un réseau trophique est un exemple de modèle d'écosystème holistique, qui est le plus représentatif de l'écosystème dans son état naturel. Cependant, ce type d'étude est limité par le temps et les dépenses, ainsi que par sa faisabilité limitée pour mener des expériences sur de grands écosystèmes naturels.

Systèmes expérimentaux

Pour ces raisons, les scientifiques étudient les écosystèmes dans des conditions plus contrôlées. Les systèmes expérimentaux impliquent généralement soit de partitionner une partie d'un écosystème naturel qui peut être utilisé pour des expériences, appelé mésocosme, soit de recréer entièrement un écosystème dans un environnement de laboratoire intérieur ou extérieur, appelé microcosme. Une limitation majeure de ces approches est que le retrait d'organismes individuels de leur écosystème naturel ou la modification d'un écosystème naturel par partition peut modifier la dynamique de l'écosystème. Ces changements sont souvent dus à des différences de nombre et de diversité des espèces, mais aussi à des altérations de l'environnement provoquées par le cloisonnement (mésocosme) ou la recréation (microcosme) de l'habitat naturel. Ainsi, ces types d'expériences ne sont pas totalement prédictifs des changements qui se produiraient dans l'écosystème à partir duquel ils ont été recueillis.

Comme ces deux approches ont leurs limites, certains écologistes suggèrent que les résultats de ces systèmes expérimentaux ne devraient être utilisés qu'en conjonction avec des études écosystémiques holistiques pour obtenir les données les plus représentatives sur la structure, la fonction et la dynamique de l'écosystème.

Modèles d'écosystèmes

Les scientifiques utilisent les données générées par ces études expérimentales pour développer des modèles d'écosystèmes qui démontrent la structure et la dynamique des écosystèmes. Trois types de base de modélisation des écosystèmes sont couramment utilisés dans la recherche et la gestion des écosystèmes : les modèles conceptuels, les modèles analytiques et les modèles de simulation.

Un modèle conceptuel se compose d'organigrammes pour montrer les interactions de différents compartiments des composants vivants et non vivants de l'écosystème. Un modèle conceptuel décrit la structure et la dynamique de l'écosystème et montre comment les perturbations environnementales affectent l'écosystème, bien que sa capacité à prédire les effets de ces perturbations soit limitée.

Les modèles analytiques et de simulation sont des méthodes mathématiques de description des écosystèmes capables de prédire les effets de changements environnementaux potentiels sans expérimentation directe, bien qu'avec des limitations de précision. Un modèle analytique est créé à l'aide de formules mathématiques simples pour prédire les effets des perturbations environnementales sur la structure et la dynamique de l'écosystème.

Un modèle de simulation est créé à l'aide d'algorithmes informatiques complexes pour modéliser de manière holistique les écosystèmes et prédire les effets des perturbations environnementales sur la structure et la dynamique des écosystèmes. Idéalement, ces modèles sont suffisamment précis pour déterminer quelles composantes de l'écosystème sont particulièrement sensibles aux perturbations. Ils peuvent servir de guide aux gestionnaires d'écosystèmes (tels que les écologistes de la conservation ou les biologistes des pêches) dans le maintien pratique de la santé des écosystèmes.


Approches de modélisation pour l'étude du microbiome

Les progrès dans le séquençage du métagénome du microbiome humain ont fourni une pléthore de nouvelles informations et ont révélé une association étroite de cet écosystème complexe avec une gamme de maladies humaines. Cependant, il y a peu de connaissances sur la façon dont les différents membres de la communauté microbienne interagissent les uns avec les autres et avec l'hôte, et nous manquons de compréhension mécanique de base de ces interactions liées à la santé et à la maladie. Il a été démontré que la modélisation mathématique est très avantageuse pour mieux comprendre la dynamique et les interactions des systèmes complexes et ces dernières années, plusieurs approches de modélisation ont été proposées pour améliorer notre compréhension du microbiome. Ici, nous passons en revue les derniers développements et les approches actuelles, et soulignons comment différentes stratégies de modélisation ont été appliquées pour démêler la nature hautement dynamique du microbiome humain. En outre, nous discutons des limites actuelles des différentes stratégies de modélisation et donnons une perspective de la façon dont la modélisation peut faire progresser la compréhension et offrir de nouvelles voies de traitement pour avoir un impact sur la santé humaine.


Institut de technologie de Géorgie École des sciences biologiques | Institut de technologie de Géorgie | Atlanta, Géorgie | Institut de technologie de Géorgie | Atlanta, Géorgie


La classe inaugurale des boursiers assistants de recherche (GRA) du Brook Byers Institute for Sustainable Systems (BBISS) a récemment été sélectionnée pour un programme de 2 ans de travail, d'étude et de formation en tant qu'équipe de recherche interdisciplinaire sur la durabilité.


Alberto Stolfi s'associe à Shu Jia pour associer une nouvelle découverte biologique à une technologie d'imagerie transformatrice. Liang Han et Costas Arvanitis exploreront les protéines du son, des vibrations et de la membrane cellulaire pour développer des outils neuroscientifiques non invasifs.


Une nouvelle recherche de Georgia Tech révèle que les éléphants dilatent leurs narines afin de créer plus d'espace dans leur trompe, leur permettant de stocker jusqu'à 5,5 litres d'eau. Ils peuvent également aspirer trois litres par seconde, soit une vitesse 30 fois plus rapide qu'un humain.


Biologie synthétique : écosystèmes stables conçus

La co-culture de cellules bactériennes conçues avec des circuits de détection de quorum et d'autolyse permet une dynamique oscillatoire couplée et des états stables, ouvrant la voie à des écosystèmes microbiens modifiés avec une dynamique ciblée et étendant les circuits de gènes au niveau de l'écosystème.

Les écosystèmes microbiens sont caractérisés par des interactions coopératives entre les espèces, où les changements dans la population d'une espèce peuvent affecter les autres de manière positive et négative. Une interaction importante est la compétition pour un nutriment essentiel commun, où le principe d'exclusion compétitive, également connu sous le nom de loi de Gause, stipule qu'il n'y a pas d'état stable de coexistence. Les populations microbiennes sont également soumises à cette loi, ce qui rend difficile le maintien d'une co-culture stable des souches souhaitées. Cependant, la coexistence peut se produire si des interactions écologiques supplémentaires produisent des oscillations temporelles, par exemple, dans la dynamique prédateur-proie 1 . Dans ce cas, il est souhaitable d'atteindre d'abord l'état stable d'une culture tout en maintenant la présence d'autres espèces. Dans ce numéro de Microbiologie naturelle, Scott et al. 2 utiliser des techniques de biologie synthétique pour concevoir un système de contrôle de population orthogonal sans diaphonie involontaire pour deux souches de Salmonelle, qui permet un comportement oscillatoire couplé et une co-culture à long terme de deux populations à l'état d'équilibre.


Intégrer l'écologie du mouvement à la recherche sur la biodiversité - explorer de nouvelles voies pour aborder la dynamique spatio-temporelle de la biodiversité

Le mouvement des organismes est l'un des mécanismes clés qui façonnent la biodiversité, par ex. la distribution des gènes, des individus et des espèces dans l'espace et le temps. Les progrès technologiques et conceptuels récents ont amélioré notre capacité à évaluer les causes et les conséquences du mouvement individuel et ont conduit à l'émergence du nouveau domaine de « l'écologie du mouvement ». Ici, nous décrivons comment l'écologie du mouvement peut contribuer au vaste domaine de la recherche sur la biodiversité, c'est-à-dire l'étude des processus et des modes de vie entre et à différentes échelles, des gènes aux écosystèmes, et nous proposons un cadre conceptuel reliant ces domaines de recherche. Notre cadre s'appuie sur le concept d'écologie du mouvement pour les individus et démontre son importance pour lier le mouvement des organismes individuels à la biodiversité. Premièrement, les mouvements d'organismes peuvent fournir des « liens mobiles » entre des habitats ou des écosystèmes, connectant ainsi des ressources, des gènes et des processus entre des emplacements par ailleurs séparés. La compréhension de ces liens mobiles et de leur impact sur la biodiversité sera facilitée par l'écologie du mouvement, car les liens mobiles peuvent être créés par différents modes de mouvement (c. Deuxièmement, les mouvements d'organismes peuvent également arbitrer la coexistence au sein des communautés, par le biais de mécanismes « d'égalisation » et de « stabilisation ». Ce nouveau cadre intégré fournit un point de départ conceptuel pour une meilleure compréhension de la dynamique de la biodiversité à la lumière des mouvements individuels et du comportement d'utilisation de l'espace à travers les échelles spatio-temporelles. En illustrant ce cadre avec des exemples, nous soutenons que l'intégration de l'écologie des mouvements et de la recherche sur la biodiversité améliorera également notre capacité à conserver la diversité aux niveaux génétique, des espèces et des écosystèmes.

Mots clés: Conservation de la biodiversité Dynamique communautaire Modélisation individuelle Génétique du paysage Mouvements sur de longues distances Liens mobiles Coexistence des espèces.


Écosystème : structure et fonctions (avec diagramme)

Un organisme est toujours en parfait équilibre avec l'environnement. L'environnement signifie littéralement l'environnement.

L'environnement fait référence aux choses et aux conditions autour des organismes qui influencent directement ou indirectement la vie et le développement des organismes et de leurs populations.

"L'écosystème est un complexe dans lequel l'habitat, les plantes et les animaux sont considérés comme une unité intéressante, les matériaux et l'énergie de l'un passant dans et hors des autres" – Woodbury.

Les organismes et l'environnement sont deux facteurs non séparables. Les organismes interagissent les uns avec les autres ainsi qu'avec les conditions physiques présentes dans leurs habitats.

« Les organismes et les caractéristiques physiques de l'habitat forment un complexe écologique ou plus brièvement un écosystème. » (Clarke, 1954).

Le concept d'écosystème a été proposé pour la première fois par A.G. Tansley (1935). L'écosystème est la principale unité écologique. Il a à la fois une structure et des fonctions. La structure est liée à la diversité des espèces. Plus la structure est complexe, plus la diversité des espèces dans l'écosystème est grande. Les fonctions de l'écosystème sont liées au flux d'énergie et au cycle des matériaux à travers les composants structurels de l'écosystème.

Selon Woodbury (1954), l'écosystème est un complexe dans lequel l'habitat, les plantes et les animaux sont considérés comme une unité intéressante, les matériaux et l'énergie de l'un entrant et sortant des autres.

Selon E.P. Odum, l'écosystème est l'unité fonctionnelle de base des organismes et de leur environnement interagissant les uns avec les autres et avec leurs propres composants. Un écosystème peut être conçu et étudié dans des habitats de différentes tailles, par exemple, un mètre carré de prairie, une mare, un grand lac, une grande étendue de forêt, un aquarium équilibré, une certaine zone de rivière et d'océan.

Tous les écosystèmes de la terre sont connectés les uns aux autres, par exemple, l'écosystème fluvial est connecté à l'écosystème de l'océan, et un petit écosystème de bûches mortes fait partie du grand écosystème d'une forêt. Un écosystème complet autosuffisant est rarement trouvé dans la nature, mais des situations approchant l'autosuffisance peuvent se produire.

Structure de l'écosystème :

La structure d'un écosystème est essentiellement une description des organismes et des caractéristiques physiques de l'environnement, y compris la quantité et la distribution des nutriments dans un habitat particulier. Il fournit également des informations sur l'éventail des conditions climatiques prévalant dans la région.

Du point de vue structurel, tous les écosystèmes sont constitués des éléments de base suivants :

1. Composants abiotiques :

Les relations écologiques se manifestent dans l'environnement physico-chimique. La composante abiotique de l'écosystème comprend des éléments et des composés inorganiques de base, tels que le sol, l'eau, l'oxygène, les carbonates de calcium, les phosphates et une variété de composés organiques (sous-produits des activités organiques ou de la mort).

Il comprend également des facteurs physiques et des ingrédients tels que l'humidité, les courants du vent et le rayonnement solaire. L'énergie rayonnante du soleil est la seule source d'énergie importante pour tout écosystème. La quantité de composants non vivants, tels que le carbone, le phosphore, l'azote, etc. qui sont présents à un moment donné est connue sous le nom d'état au repos ou de quantité au repos.

2. Composants biotiques:

Les composants biotiques comprennent tous les organismes vivants présents dans le système environnemental.

Du point de vue nutritionnel, les composants biotiques peuvent être regroupés en deux composants de base :

(i) Composants autotrophes, et

(ii) Composants hétérotrophes

Les composants autotrophes comprennent toutes les plantes vertes qui fixent l'énergie rayonnante du soleil et fabriquent des aliments à partir de substances inorganiques. Les composants hétérotrophes comprennent les plantes non vertes et tous les animaux qui se nourrissent d'autotrophes.

Ainsi, les composants biotiques d'un écosystème peuvent être décrits sous les trois rubriques suivantes :

1. Producteurs (Composants autotrophes),

3. Décomposeurs ou réducteurs et transformateurs

La quantité de biomasse à tout moment dans un écosystème est connue sous le nom de culture sur pied qui est généralement exprimée en poids frais, en poids sec ou en énergie libre en termes de calories/mètre.

Producteurs (éléments autotrophes) :

Les producteurs sont les éléments autotrophes, principalement les plantes vertes. Ils utilisent l'énergie rayonnante du soleil dans le processus photosynthétique par lequel le dioxyde de carbone est assimilé et l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique. L'énergie chimique est en fait emprisonnée dans les composés carbonés riches en énergie. L'oxygène se dégage comme sous-produit de la photosynthèse.

Ceci est utilisé dans la respiration par tous les êtres vivants. Les algues et autres hydrophytes d'un étang, les graminées des champs, les arbres des forêts sont des exemples de producteurs. Bactéries chimiosynthétiques et bactéries violettes porteuses de caroténoïdes qui assimilent également le CO2 avec l'énergie du soleil mais uniquement en présence de composés organiques appartiennent également à cette catégorie.

Le terme producteur est trompeur car dans un contexte énergétique, les producteurs produisent des glucides et non de l'énergie. Puisqu'ils convertissent ou transduisent l'énergie rayonnante sous forme chimique, E.J. Kormondy suggère de meilleurs termes alternatifs ‘convertisseurs’ ou ‘transducteurs’. En raison de son large usage, le terme producteur est toujours retenu.

Les membres vivants de l'écosystème qui consomment les aliments synthétisés par les producteurs sont appelés consommateurs. Dans cette catégorie sont inclus toutes sortes d'animaux qui se trouvent dans un écosystème.

Il existe différentes classes ou catégories de consommateurs, telles que :

(a) Consommateurs de premier ordre ou consommateurs primaires,

(b) Consommateurs de second ordre ou consommateurs secondaires,

(c) Les consommateurs du troisième ordre ou les consommateurs tertiaires, et

(d) Parasites, charognards et saprobes.

Ce sont des animaux purement herbivores qui dépendent pour leur alimentation de producteurs ou de plantes vertes. Les insectes, les rongeurs, le lapin, le cerf, la vache, le buffle, la chèvre sont quelques-uns des herbivores communs dans l'écosystème terrestre, et les petits crustacés, mollusques, etc. dans l'habitat aquatique. Elton (1939) a nommé les herbivores de l'écosystème « animaux clés de l'industrie ». Les herbivores sont la principale source de nourriture des carnivores.

(b) Consommateurs secondaires :

Ce sont des carnivores et des omnivores. Les carnivores sont des animaux carnivores et les omnivores sont les animaux qui sont adaptés pour consommer des herbivores ainsi que des plantes comme nourriture. Des exemples de consommateurs secondaires sont le moineau, le corbeau, le renard, les loups, les chiens, les chats, les serpents, etc.

Ce sont les principaux carnivores qui s'attaquent à d'autres carnivores, omnivores et herbivores. Lions, tigres, faucons, vautours, etc. sont considérés comme des consommateurs tertiaires ou supérieurs.

(d) Outre les différentes catégories de consommateurs, les parasites, les charognards et les saprobes sont également inclus dans les consommateurs. Les plantes et les animaux parasites utilisent les tissus vivants de différentes plantes et animaux. Les charognards et les saprobes utilisent les restes morts d'animaux et de plantes comme nourriture.

Décomposeurs et transformateurs :

Les décomposeurs et les transformateurs sont les composants vivants de l'écosystème et ce sont des champignons et des bactéries. Les décomposeurs attaquent les restes morts des producteurs et des consommateurs et dégradent les substances organiques complexes en composés plus simples. Les matières organiques simples sont alors attaquées par un autre type de bactéries, les transformateurs qui transforment ces composés organiques en des formes inorganiques aptes à être réutilisées par les producteurs ou les plantes vertes. Les décomposeurs et les transformateurs jouent un rôle très important dans le maintien de la nature dynamique des écosystèmes.

Fonction de l'écosystème:

Un écosystème est un système environnemental structurel, fonctionnel et essentiel à la vie. Le système environnemental se compose de composants biotiques et abiotiques dans un habitat. La composante biotique de l'écosystème comprend les organismes vivants, les plantes, les animaux et les microbes, tandis que la composante abiotique comprend la matière inorganique et l'énergie.

Les composants abiotiques fournissent la matrice pour la synthèse et la perpétuation des composants organiques (protoplasme). Les processus de synthèse et de perpétuation impliquent un échange d'énergie et cette énergie provient du soleil sous forme de lumière ou d'énergie solaire.

Ainsi, dans tout écosystème, nous avons les composants fonctionnels suivants :

(i) Constituants inorganiques (air, eau et sels minéraux)

(ii) Organismes (plantes, animaux et microbes), et

(iii) L'apport d'énergie qui entre de l'extérieur (le soleil).

Ces trois interagissent et forment un système environnemental. Les constituants inorganiques sont synthétisés en structures organiques par les plantes vertes (producteurs primaires) par photosynthèse et l'énergie solaire est utilisée dans le processus. Les plantes vertes deviennent la source d'énergie pour les renouvellements (herbivores) qui, à leur tour, deviennent source d'énergie pour les animaux carnivores (carnivores). Les animaux de tous types grandissent et ajoutent de la matière organique à leur poids corporel et leur source d'énergie est un composé organique complexe pris comme nourriture.

Ils sont appelés producteurs secondaires. Tous les organismes vivants, qu'ils soient végétaux ou animaux dans un écosystème, ont une durée de vie définie après laquelle ils meurent. Les restes organiques morts des plantes et des animaux fournissent de la nourriture aux microbes saprophytes, tels que les bactéries, les champignons et de nombreux autres animaux. Les saprobes décomposent finalement la structure organique et brisent les molécules complexes et libèrent les composants inorganiques dans leur environnement.

Ces organismes sont appelés décomposeurs. Au cours du processus de décomposition des molécules organiques, l'énergie qui maintenait les composants inorganiques liés sous la forme de molécules organiques est libérée et dissipée dans l'environnement sous forme d'énergie thermique. Ainsi dans un écosystème l'énergie du soleil, l'apport est fixé par les plantes et transféré aux composants animaux.

Les nutriments sont retirés du substrat, déposés dans les tissus des plantes et des animaux, passés d'un groupe d'alimentation à l'autre, libérés par décomposition dans le sol, l'eau et l'air, puis recyclés. Les écosystèmes opérant dans différents habitats, tels que les déserts, les forêts, les prairies et les mers sont interdépendants les uns des autres. L'énergie et les nutriments d'un écosystème peuvent se retrouver dans un autre de sorte qu'en fin de compte toutes les parties de la terre sont interdépendantes, chacune comprenant une partie du système total qui maintient le fonctionnement de la biosphère.

Ainsi, les principales étapes du fonctionnement de l'écosystème sont les suivantes :

(1) Réception de l'énergie rayonnante du soleil,

(2) Fabrication de matières organiques à partir de matières inorganiques par les producteurs,

(3) Consommation des producteurs par les consommateurs et élaboration ultérieure des matériaux consommés et.

(4) Après la mort des producteurs et des consommateurs, les composés organiques complexes sont dégradés et finalement convertis par les décomposeurs et les convertisseurs en des formes adaptées à la réutilisation par les producteurs.

Les principales étapes du fonctionnement de l'écosystème impliquent non seulement la production, la croissance et la mort des composants vivants, mais influencent également les aspects abiotiques de l'habitat. Il est maintenant clair qu'il y a transfert d'énergie et de nutriments des producteurs aux consommateurs et finalement aux niveaux des décomposeurs et des transformateurs. Dans ce transfert, il y a une diminution progressive de l'énergie mais le composant nutritif n'est pas diminué et il montre un cycle d'abiotique à biotique et vice versa.

Le flux d'énergie est unidirectionnel. Les deux processus écologiques, le flux d'énergie et le cycle minéral, qui impliquent une interaction entre les composants biotiques et abiotiques, sont au cœur de la dynamique des écosystèmes. Les principales étapes et composantes de l'écosystème sont illustrées à la Fig. 3.1.


Taille et densité de la population

Figure 1. Les mammifères australiens présentent une relation inverse typique entre la densité de population et la taille corporelle. Comme le montre ce graphique, la densité de population diminue généralement avec l'augmentation de la taille du corps. Pourquoi pensez-vous que ce soit le cas?

Les populations sont caractérisées par leur taille de population (nombre total d'individus) et leur densité de population (nombre d'individus par unité de surface). Une population peut avoir un grand nombre d'individus qui sont distribués de manière dense ou clairsemée. Il existe également des populations avec un petit nombre d'individus qui peuvent être denses ou très dispersés dans une zone locale. La taille de la population peut affecter le potentiel d'adaptation car elle affecte la quantité de variation génétique présente dans la population. La densité peut avoir des effets sur les interactions au sein d'une population, telles que la compétition pour la nourriture et la capacité des individus à trouver un partenaire. Les organismes plus petits ont tendance à être plus densément répartis que les organismes plus gros (figure 1).


Des efflorescences massives de plancton avec des impacts écosystémiques très différents

"Le grand mystère du plancton est ce qui contrôle sa distribution et son abondance, et quelles conditions conduisent à de grandes proliférations de plancton", a déclaré Dennis McGillicuddy, scientifique principal et directeur du département de physique et d'ingénierie océaniques appliquées à la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI).

Deux nouveaux articles explorent cette question et fournissent des exemples de conditions qui conduisent à des proliférations massives de plancton avec des impacts potentiels très différents sur l'écosystème, selon McGillicuddy, co-auteur des deux articles. Les deux articles soulignent également l'importance d'utiliser une technologie de pointe - y compris des enregistreurs vidéo de plancton, des véhicules sous-marins autonomes et le Coastal Pioneer Array de l'Ocean Observatories Initiative - pour trouver et surveiller ces proliférations.

Dans un article, Diatom Hotspots Driven by Western Boundary Current Instability, publié dans Lettres de recherche géophysique (GRL), les scientifiques ont découvert des efflorescences de points chauds subsuperficiels étonnamment productives de phytoplancton de diatomées.

Dans le GRL article, les chercheurs ont étudié la dynamique contrôlant la productivité primaire dans une région du Mid-Atlantic Bight (MAB), l'un des écosystèmes marins les plus productifs au monde. En 2019, ils ont observé des points chauds de diatomées inattendus dans la région des pentes de la zone euphotique de la baie, la couche océanique qui reçoit suffisamment de lumière pour que la photosynthèse se produise. Le phytoplancton est un micro-organisme photosynthétique qui est à la base du réseau trophique aquatique.

Il était surprenant pour les chercheurs que les points chauds se soient produits dans des eaux à haute salinité provenant du Gulf Stream. "Bien que ces intrusions d'eau du Gulf Stream à faible teneur en éléments nutritifs aient été considérées comme susceptibles de diminuer la productivité biologique, nous présentons des preuves d'une prolifération de diatomées subsuperficielle inattendue résultant de l'intrusion directe d'un méandre du Gulf Stream vers le plateau continental", notent les auteurs. Ils émettent l'hypothèse que les points chauds n'étaient pas alimentés par l'eau de surface du Gulf Stream, qui est généralement pauvre en nutriments et en chlorophylle, mais plutôt que les points chauds étaient alimentés par des nutriments remontés dans la zone d'ensoleillement à partir de l'eau plus profonde du Gulf Stream.

Avec l'évolution de la stabilité du Gulf Stream, les intrusions du Gulf Stream sont devenues plus fréquentes au cours des dernières décennies, selon les chercheurs. "Ces résultats suggèrent que la modification de la circulation à grande échelle a des conséquences sur la productivité régionale qui ne sont pas détectables par les satellites en raison de leur apparition bien sous la surface", notent les auteurs.

"Dans ce cas particulier, le changement climatique a conduit à une augmentation de la productivité dans cette région particulière, en raison d'une interaction subtile et quelque peu inattendue entre la physique et la biologie de l'océan. Cette même dynamique peut ne pas nécessairement se maintenir ailleurs dans l'océan, et il est fort probable que d'autres zones de l'océan deviendront moins productives avec le temps. C'est très préoccupant », a déclaré McGillicuddy. "Il va y avoir des différences régionales dans la façon dont l'océan réagit au changement climatique. Et la société doit être capable de gérer intelligemment d'un point de vue régional, pas seulement d'un point de vue mondial."

Les résultats de la recherche ont démontré « un impact biologique cool et contre-intuitif de cette circulation changeante à grande échelle », a déclaré le GRL l'auteur principal de l'article, Hilde Oliver, chercheuse postdoctorale en physique et ingénierie océaniques appliquées à l'OMSI. Elle se souvient avoir regardé les données de l'instrument entrer. Avec des valeurs estivales typiques d'environ 1 à 1,5 microgrammes de chlorophylle par litre d'eau de mer, les chercheurs ont enregistré "des concentrations inédites de chlorophylle dans cette région en été", atteignant 12 ou 13 microgrammes par litre. , dit Olivier.

Oliver, dont le doctorat. axée sur la modélisation, a déclaré que la croisière l'avait aidée à examiner les proliférations de phytoplancton d'un point de vue plus que théorique. "Aller dans l'océan et voir comment la physique de l'océan peut manifester ces proliférations dans le monde réel m'a ouvert les yeux", a-t-elle déclaré.

Un autre article, A Regional, Early Spring Bloom of Phaeocystis pocketetii on the New England Continental Shelf, publié dans le Journal of Geophysical Research: Oceans (JGR: Oceans), a également ouvert les yeux. Des chercheurs enquêtant sur la dynamique biologique du plateau continental de la Nouvelle-Angleterre en 2018 ont découvert une énorme prolifération du phytoplancton haptophyte Phaeocystis pocketetii.

Cependant, contrairement aux hotspots de diatomées décrits dans le GRL article, Phaeocystis est « désagréable pour de nombreux organismes différents et perturbe l'ensemble du réseau trophique », a déclaré Walker Smith, professeur à la retraite au Virginia Institute of Marine Science William and Mary, qui est l'auteur principal de l'article JGR: Oceans. Le phytoplancton forme des colonies gélatineuses de quelques millimètres de diamètre.

Lorsque Phaeocystis fleurit, il utilise des nutriments comme n'importe quelle autre forme de phytoplancton. Cependant, contrairement aux diatomées notées dans le GRL papier, Phaeocystis convertit la biomasse en quelque chose qui n'a pas tendance à passer dans le reste de la chaîne alimentaire, a déclaré McGillicuddy.

"La compréhension des interactions physico-biologiques dans le système côtier fournit une base pour prédire ces proliférations d'algues potentiellement nocives et peut conduire à une meilleure prédiction de leurs impacts sur les systèmes côtiers", ont déclaré les auteurs.

Des proliférations massives du stade colonial de cette espèce et d'espèces similaires ont été signalées dans de nombreux systèmes dans différentes parties du monde, que Smith a étudiées. Ces types de proliférations se produisent probablement tous les trois ans environ sur le plateau continental de la Nouvelle-Angleterre et ont probablement un impact assez important sur les eaux, les réseaux trophiques et les pêcheries de la Nouvelle-Angleterre, a déclaré Smith. Les gestionnaires côtiers doivent être informés de ces proliférations car elles peuvent avoir des impacts économiques sur l'aquaculture dans les zones côtières, a-t-il déclaré.

"Malgré le fait que le Mid-Atlantic Bight a été bien étudié et largement échantillonné, il se passe des choses que nous n'apprécions toujours pas vraiment", a déclaré Smith. "Un exemple sont ces fleurs de Phaeocystis qui sont profondément dans l'eau et que vous ne verrez jamais à moins d'être là parce que les satellites ne peuvent pas les montrer. Donc, plus nous regardons, plus nous en apprenons."


Mission et vision

Énoncé de vision

Mener des recherches et des évaluations écosystémiques des ressources marines vivantes, en mettant l'accent sur le plateau nord-est, afin de promouvoir le rétablissement et la durabilité à long terme de ces ressources, et de générer des opportunités et des avantages sociaux et économiques de leur utilisation.

Objectifs de la mission

Recherche et suivi

Comprendre et prévoir les changements des écosystèmes marins et de leurs sous-systèmes affectant les ressources marines vivantes, les pêches, les habitats, l'état des écosystèmes, la productivité, l'aquaculture et la génération d'avantages nationaux nets.

Avis scientifique

  • Développer et fournir la base scientifique pour les programmes de gestion qui ont un cadre écosystémique.
  • Améliorer la capacité de la société à réagir aux conditions changeantes des écosystèmes et à gérer les risques en élaborant des outils de décision fondés sur la science.

Éducation et sensibilisation

S'engager et interagir avec des individus, des partenaires, des écoles, des communautés et des industries pour faciliter la circulation de l'information, assurer la coordination et la coopération, et fournir une assistance technique dans la gestion des ressources marines vivantes et de leurs habitats.

Note d'orientation annuelle

Notre directeur fournit des conseils annuels sur les activités qui ont lieu chaque année. Téléchargez la note d'orientation annuelle actuelle.


Recherche ouverte

Les données utilisées dans les modèles linéaires dynamiques sont disponibles auprès des auteurs sur demande raisonnable.

Nom de fichier La description
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fwb13707-sup-0002-FigS2.pdfDocument PDF, 8,1 Ko Figue S2
fwb13707-sup-0003-FigS3.pdfDocument PDF, 8,4 Ko Figue S3
fwb13707-sup-0004-FigS4.pdfDocument PDF, 8,4 Ko Figue S4
fwb13707-sup-0005-FigS5.pdfDocument PDF, 39,5 Ko Figue S5
fwb13707-sup-0006-FigS6.pdfDocument PDF, 32,6 Ko Figue S6
fwb13707-sup-0007-FigS7.pdfDocument PDF, 32,6 Ko Figure S7
fwb13707-sup-0008-FigS8.pdfDocument PDF, 33,4 Ko Figue S8
fwb13707-sup-0009-Supinfo.docxDocument Word, 24,3 Ko Matériel complémentaire

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