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L'événement historique de la marée rouge de 2020 alimenté par les super nageurs du plancton

Une marée rouge majeure s’est produite dans les eaux au huge du sud de la Californie au printemps 2020, entraînant des manifestations éblouissantes de bioluminescence le lengthy de la côte. Le spectacle a été provoqué par des densités extrêmement élevées de Lingulodinium polyedra (L. polyedra), une espèce de plancton réputée pour sa capacité à émettre une lueur bleu néon. Si la marée rouge a attiré l’attention du general public et fait la une des journaux du monde entier, l’événement a également été une prolifération d’algues nuisibles. Des toxines susceptibles de nuire à la vie maritime ont été détectées au moreover fort de la prolifération, et les niveaux d’oxygène dissous sont tombés à près de zéro à mesure que la biomasse extrême de la marée rouge se décomposait. Ce manque d’oxygène a entraîné la mort de poissons et d’autres impacts destructeurs sur les écosystèmes locaux.

Aujourd’hui, pour la première fois, une étude menée par des scientifiques de la Scripps Institution of Oceanography de l’UC San Diego et de la Jacobs School of Engineering a identifié remark cette espèce de plancton – un dinoflagellé – était capable de créer une prolifération aussi dense. La réponse réside dans la remarquable capacité des dinoflagellés à nager, ce qui leur confère un avantage compétitif sur les autres espèces de phytoplancton. Selon les auteurs, cette capacité de nage peut conduire à la formation de fleurs denses, notamment celles de la variété bioluminescente.

“L’idée selon laquelle la nage verticale donne aux dinoflagellés un avantage concurrentiel remonte en fait à moreover d’un demi-siècle, mais ce n’est que maintenant que nous disposons de la technologie pour le prouver de manière concluante sur le terrain”, a déclaré l’océanographe Drew Lucas, auteur principal de l’article et associé. professeur à Scripps Oceanography et au Département de génie mécanique et aérospatial de l’UC San Diego.

Lucas et l’ancien étudiant diplômé Bofu Zheng ont dirigé les travaux aux côtés de plusieurs collègues au milieu de la marée rouge en avril et mai 2020. Les chercheurs ont saisi l’opportunité de déployer des instruments océaniques sophistiqués au significant des côtes de San Diego, ce qui a permis d’obtenir des mesures sans précédent. Cet effort a été rendu probable grâce au financement fourni par le Southern California Coastal Ocean Observing System (SCCOOS) grâce à une récompense de la Countrywide Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Les conclusions de l’équipe ont été publiées dans le numéro du 28 août des Actes de l’Académie nationale des sciences, présentées en couverture.

Les dinoflagellés – L. polyedra en particulier – se sont révélés très mobiles, nageant vers le haut pendant la journée pour effectuer la photosynthèse et vers le bas la nuit pour accéder à un réservoir profond de nutriments. Cela a entraîné une intensification de la coloration rougeâtre de l’eau à la surface area, d’où le terme « marée rouge », observée furthermore particulièrement dans l’après-midi. Une grande population de dinoflagellés a été documentée effectuant un voyage descendant la nuit, bien qu’une partie soit restée près des eaux de floor, conduisant à des manifestations nocturnes de bioluminescence. Les auteurs ont découvert que c’est cette migration verticale qui a permis aux dinoflagellés de dépasser leurs concurrents non mobiles, notamment d’autres espèces de phytoplancton.

L’étude valide une hypothèse vieille de 50 ans initialement présentée par l’océanographe biologique de Scripps Oceanography, Richard “Dick” Eppley. Lui et ses collègues ont avancé que la migration verticale des dinoflagellés était liée à des proliférations d’algues nuisibles, documentées au huge de la Californie du Sud depuis au moins 120 ans. Des recherches approfondies en laboratoire ont été menées pour soutenir cette idée, mais elle n’avait jamais été testée sur le terrain avant l’événement de 2020.

Comme chez de nombreuses espèces de dinoflagellés, L. polyedra est doté d’une paire de flagelles, des appendices en forme de fouet qui propulsent l’organisme unicellulaire dans l’eau. En in addition de sa capacité à nager, L. polyedra est remarquablement rapide, avec une vitesse de nage maximale pouvant atteindre 10 longueurs de corps par seconde pendant près de 24 heures.

“Dans le monde du plancton, ce sont Michael Phelps”, a déclaré Lucas, décrivant les dinoflagellés. “À titre de comparaison, la nage rapide chez des espèces comme le thon rouge ou le mako à nageoires courtes est d’environ 9 à 10 longueurs de corps par seconde, mais seulement pendant de très courtes périodes. Leur nage exceptionnelle permet à L. polyedra de plonger dans des profondeurs froides où ils peuvent prendre nutriments, permettant à ces organismes de vraiment fleurir et d’exploser en inhabitants. »

L’équipe a utilisé le Wirewalker – un système de profilage vertical autonome alimenté par les vagues et développé par Scripps Oceanography – pour mesurer en continu les circumstances physiques et biochimiques de la floor de la mer jusqu’au fond marin, atteignant une profondeur de 100 mètres (300 pieds). ). Alimenté par l’énergie des vagues, l’instrument monte et descend une ligne d’amarrage attachée à une bouée, tout en prenant des mesures de température, de salinité, de profondeur, d’ensoleillement, de fluorescence de la chlorophylle et de concentrations de nitrates. Ils ont également capturé des photos de la prolifération près de la area à l’aide d’un Imaging FlowCytobot (IFCB), un microscope robotique installé sur un amarrage offshore ce site fait désormais partie d’un réseau in addition vaste de l’IFCB supervisé par le SCCOOS.

Les données et les images collectées par ces instruments ont validé l’hypothèse originale d’Eppley, montrant qu’en effet L. polyedra est descendu au crépuscule, atteignant une profondeur maximale d’environ 30 à 40 mètres (100 à 130 pieds) après 18 à 24 heures de nage. En profondeur, les dinoflagellés absorbaient du nitrate, qui agit comme un nutriment de croissance pour le plancton, avant de retourner à la surface vers midi pour effectuer la photosynthèse pendant un ensoleillement maximal.

La croissance de la biomasse phytoplanctonique, ou « bloom », est corrélée à des diminutions proportionnelles des concentrations de nitrates en profondeur, reliant le rôle critical du phytoplancton nageur dans le développement de certains forms de marées rouges. Par temps nuageux, la migration verticale souterraine était beaucoup moins apparente, ce qui suggère que l’intensité de la lumière solaire est un déclencheur significant de la migration verticale.

L’auteur principal Zheng, maintenant chercheur postdoctoral à la Woods Hole Oceanographic Establishment (WHOI), a été impressionné par les nombreuses fonctions avancées des dinoflagellés, dont la taille est equivalent au diamètre d’un cheveu humain.

“Ces organismes unicellulaires, à savoir L. polyedra, sont si complexes et étonnants sur le approach fonctionnel”, a déclaré Zheng. “En additionally de leur vitesse de nage, qui dépasse largement les limites humaines, ils peuvent coordonner leur comportement selon le cycle jour-nuit en migrant la nuit et en revenant à la floor de l’océan pendant la journée ils peuvent produire une bioluminescence spectaculaire ils peuvent photosynthétiser ils peuvent même s’attaquer à des organismes additionally petits qu’eux. »

Les chercheurs ont également examiné les données de surveillance des océans à very long terme capturées par le California Cooperative Oceanic Fisheries Investigations (CalCOFI) et les données d’amarrage à long terme conservées par l’Ocean Time-Series Team de Scripps Oceanography pour voir d’autres conséquences de la prolifération. En examinant as well as de 70 ans de données climatiques, les résultats ont montré que la prolifération créait des conditions physiques et chimiques dans la colonne d’eau qui s’écartaient de la norme, montrant le potentiel de proliférations massives pouvant modifier les caractéristiques de l’océan côtier.

Clarissa Anderson, co-auteure de l’étude et directrice du SCCOOS, a déclaré que cette recherche se distingue par son utilisation de nouvelles systems océaniques, qui ont permis des mesures sans précédent de la façon dont le phytoplancton répond aux changements à petite échelle dans l’océan côtier, ainsi que des calculs de l’absorption des nutriments par les dinoflagellés. à des échelles si fines. Elle a également souligné l’importance des observations à very long terme comme étant essentielles à tout exertion futur visant à mieux comprendre les proliférations d’algues nuisibles.

“Additionally nous comprenons les mécanismes complexes qui permettent à une espèce ou à une inhabitants particulière de plancton de prospérer et de persister, mieux nous pouvons prédire des événements incontrôlables comme la marée rouge de 2020, qui a duré beaucoup plus longtemps que ce que la théorie pourrait dicter”, a déclaré Anderson, qui est également un océanographe biologique chez Scripps Oceanography. “Avec des séries chronologiques moreover longues de changements rapides dans l’apport de nutriments côtiers, la circulation, les régimes de lumière et les toxines des algues, nous pourrions construire des modèles dynamiques in addition précis pour prédire les proliférations de plancton, y compris celles qui deviennent nocives.”

Selon les auteurs, relier le comportement du phytoplancton et les changements dans l’environnement côtier pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre les situations qui provoquent et qui découlent des proliférations d’algues nuisibles, aidant ainsi à prédire les proliférations et à atténuer leurs effets.

Outre Lucas, Zheng et Anderson, l’étude a été co-écrite par Peter Franks, Tamara Schlosser, Uwe Deliver et Andrew Barton de Scripps Oceanography Kristen Davis de l’Université de Californie à Irvine  et Heidi Sosik de WHOI. Le financement de l’étude a été fourni par le SCCOOS par le biais des prix NOAA #NA21NOS0120088 et #NA16NOS0120022.