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Fluctuations et perturbations, naturelles et anthropiques, des
écosystèmes marins
Response of Mediterranean coralline "algae" to ocean acidification and
elevated temperatureSophie Martin, Jean-Pierre Gattuso
2008
Bordeyne François Jaugeon LucieJehenne Florence
www.marbef.com http://fran.cornu.free.fr
www.eoearth.org
Conséquences : Augmentation des températures à la surface de la Terre
Océan = immense puit de carbone109 t de C anthropique stocké depuis 1800 (=1/3 des émissions)
Augmentation de la [CO2]atm depuis le début du XIXème siècle
Ensemble du globe Terres émergées OcéansAnomalies thermiques (°C)
0,0
0,5
1,0
0,0
0,5
1,0
0,0
0,5
1,0
1900 1950 2000 1900 1950 2000 1900 1950 2000
Sans forçages anthropiques
Avec forçages anthropiques
ObservationsGIEC, 2007
Concentrations en CO2 atm (ppm)
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
Sabine et al., 2004
2000 21000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Emissions mondiales de GES (Gt equivalent CO2.a-1)
GIEC, 20071900 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
B2A1B
A2
A1F1
2
3
diminution du pH
Lourdes conséquences possibles pour les organismes calcifieurs
Augmentation de la pression partielle en CO2 (pCO2) pour l’océan
0 1000 2000 3000pCO2 (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
- 0,2 et 0,4 unité à venir
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
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
www.futura-sciences.com CNRS
100 µm
4(Hall-spencer et al., 2008)
Pourcentage de couverture en MPOs
0
20
40
60
80
100
pH8,14 7,83 6,57
MPOs calcaires
MPOs non calcaires
100 km
NiceVillefranche-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
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
Composé utilisé = forme parmi les plus soluble du carbonate de calcium
CaCO3 à haute teneur de magnésium (Fabry et al., 2008)
JG Harmelin
© Bluemarine - MedSeaWeb
Organismes récoltés dans la baie de Villefranche-sur-Mer
25 m
(SAP BIO, 2003)
5
110 LAjustement pCO2 à 400 ppm
pCO2 et température ambiantes
= 400 T
pCO2 ambiante, température
élevée
= 400 T+3
110 L Ajustement pCO2 à 700 ppm
pCO2 élevée,température
ambiante
= 700 T
pCO2 et température
élevées
= 700 T+326 L
40 individus
10 m de profondeur
Eau de mer non filtrée, renouvelée à
50 %.h-1
10 individus 10 individus 10 individus 10 individus
Séchés puis remis dans
chaque aquarium
Evaluation surface du thalle et parties
vivantes10 individus 10 individus 10 individus 10 individus
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
15
20
25
Température (°C)
J A S O N D J F M A M J J ADate
20 m30 m
T + 3
T
Nécrose et mortalité
J A S O N D J F M A M J J A-20
0
20
40
60
80
100 700 T+3
400 T+3
400 T
700 T
Date
Nécroses (%)
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
J A S O N D J F M A M J J A-20
0
20
40
60
80
100Mortalité (%)
Date
400 T+3
700 T
400 T
700 T+3
Lithophyllum cabiochae o 10 à 23 °C : bonne résistanceo 25 °C : MPOs affectés après quelques semaines
Effet significatif de la température
pCO2 amplifie la sensibilité à la température Martin et Gattuso, 2010
6
ww
w.m
arb
ef.o
rg
7
Rodolfo-Metalpa et al., 2009
Ex : Paramuricea clavata (Cnidaire)
pCO2 = facteur principal d’apparition de nécroses
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
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
1999
24/8 31/8 7/9 14/9 21/9 28/9
24
22
20
18
16
14
1999
1998
ww
w.d
ori
s.ff
essm
.co
m
2 mm
8J A S O N D J F M A M J J A
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Date
G’net (mg.cm-2.d-1)
700 T+3
400 T+3
400 T
700 T
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
48 ± 5 mg de CaCO3.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+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
-0,2J AJJMAMFJDNOSA
o Affranchissement de certains paramètres
o Mais également certaines contraintes…
F. B
asse
may
ou
sse
9
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
J A S O N D J F M A M J J A-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Date
G’net (mg.cm-2.d-1)
700 T+3
400 T+3
400 T
700 T
Gnet : significativement affectée par température et pCO2 élevées
G’net : aucune différence significative entre traitements
Mécanisme non affecté
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
-0,2J AJJMAMFJDNOSA
Taux de calcification significativement affecté par température et pCO2 élevées
10
Ex : Amphiura filiformis (Echinoderme) Calcification amplifiée par pCO2 élevée
Ex : Sepia officinalis(Mollusque)
Résultat dépendant de l’espèce !
Et du stade de vie…Lischka et al., 2010
0
5
10
15
20
25
30
Poids du corps (g)
10 4020 3000,0
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)
Gutowska et al., 2008
8,0 7,7 7,3 6,8pH
0
5
10
15
20
25
30
35
40Quantité de calcium par bras (g)
Bras régénérésBras déjà établis
Wood et al., 2008
Aucune sensibilité à l’augmentation de pCO2
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
2 mm
Dissolution nette (mg.cm-2.d-1)
Date
18/1 7/2 27/2 19/3 8/4 28/4 18/5 7/6 27/6 17/7 6/8-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
700 T+3
700 T
400 T 400 T+3
J M A J A
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
Dissolution
Effets significatifs de la pCO2 et de la température
Tendance à la diminution Hypothèse :Installation de spores de MPOs
11
Ex : Mytilus galloprovincialis (Mollusque)
pCO2 élevée dissolution marquée
Bioérosion Présence de microorganismes endolithiques
microgaleries
Michaelidis et al., 2005
www.greekfish.com
Bo
tha,
201
1
12
Introduction Matériel et Méthodes Résultats / Discussion Conclusion
Lithophyllum cabiochae effets significatifs de l’élévation de la température et de la pCO2
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
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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 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
Bibliographie
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Merci de votre attention !!
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Fluctuations et perturbations, naturelles et anthropiques, des
écosystèmes marins
Bordeyne François Jaugeon LucieJehenne Florence
www.marbef.com http://fran.cornu.free.fr
www.eoearth.org
Response of Mediterranean coralline "algae" to ocean acidification and
elevated temperatureSophie Martin, Jean-Pierre Gattuso
2008
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Différents modèles socio-économiques
Economie privilégiée Ecologie privilégiée
Globalisation(Monde homogène)
A1Croissance économique
rapide(1.4 - 6.4 °C)
B1Durabilité environnementale
globale (1.1 - 2.9 °C)
Régionalisation(Monde hétérogène)
A2Dev. économique
avec une orientation régionale
(2.0 - 5.4 °C)
B2Durabilité 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
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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 CO2 atm par l’océan de surface
Dissolution:
effet inverse
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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 »
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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 : 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
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
21
Cycle de reproduction des corallines
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Acidification entraine une acidose extracellulaire.
Pour la compenser, dissolution de la coquille augmentation du taux de bicarbonates dans l’hémolymphe.
Exemple de la moule
