De nouvelles recherches révèlent qu’un réchauffement climatique pourrait transformer des communautés microbiennes abondantes à l’échelle mondiale de puits de carbone en émetteurs de carbone, déclenchant potentiellement des points de basculement du changement climatique. Les conclusions sont publiées dans Écologie fonctionnelle.
Les microbes mixotrophes sont des organismes qui peuvent basculer entre la photosynthèse comme les plantes (absorber le dioxyde de carbone) et manger comme les animaux (libérant du dioxyde de carbone). Ils sont globalement abondants, se trouvent couramment dans les environnements d’eau douce et marins, et on estime qu’ils constituent la majorité du plancton marin.
En développant une simulation informatique qui a modélisé la façon dont les microbes mixotrophes acquièrent de l’énergie en réponse au réchauffement, des chercheurs de l’Université Duke et de l’Université de Californie à Santa Barbara ont découvert que dans des conditions de réchauffement, les microbes mixotrophes passent de puits de carbone à émetteurs de carbone.
Les résultats signifient qu’à mesure que les températures augmentent, ces communautés microbiennes très abondantes pourraient passer d’un effet de refroidissement net sur la planète à un effet de réchauffement net.
Le Dr Daniel Wieczynski de l’Université Duke et auteur principal de l’étude a déclaré : « Nos résultats révèlent que les microbes mixotrophes sont des acteurs beaucoup plus importants dans les réponses des écosystèmes au changement climatique qu’on ne le pensait auparavant. En convertissant les communautés microbiennes en sources nettes de dioxyde de carbone en réponse au réchauffement, les mixotrophes pourraient encore accélérer le réchauffement en créant une boucle de rétroaction positive entre la biosphère et l’atmosphère. »
Le Dr Holly Moeller de l’Université de Californie à Santa Barbara et co-auteur de l’étude a ajouté : « Parce que les mixotrophes peuvent à la fois capturer et émettre du dioxyde de carbone, ils sont comme des » interrupteurs « qui pourraient soit aider à réduire le changement climatique, soit l’aggraver. Ces insectes sont minuscules, mais leurs impacts peuvent vraiment augmenter. Nous avons besoin de modèles comme celui-ci pour comprendre comment.
Le Dr Jean-Philippe Gibert de l’Université Duke et un autre co-auteur de l’étude ont déclaré : « Les modèles prédictifs de pointe du changement climatique à long terme ne tiennent actuellement compte que de l’action microbienne de manière extrêmement réductrice, partielle ou parfois. De la mauvaise manière. Des recherches comme celle-ci sont donc indispensables pour améliorer notre compréhension plus large des contrôles biotiques sur les processus atmosphériques de la Terre.
Le protiste mixotrophe Paramecium bursaria peut manger des bactéries ou utiliser la photosynthèse pour obtenir de l’énergie et du carbone. La photosynthèse se produit à l’intérieur des algues endosymbiotiques Chlorella (sphères vertes) qui vivent à l’intérieur des cellules P bursaria. Crédit : Daniel Wieczynski, CC BY
Un système d’alerte précoce
Le modèle des chercheurs a également révélé que juste avant que les communautés de microbes mixotrophes ne passent à l’émission de dioxyde de carbone, leur abondance commence à fluctuer énormément. Ces changements pourraient être détectés dans la nature en surveillant l’abondance des microbes mixotrophes et offrent l’espoir que ces microbes pourraient servir de signaux d’alerte précoce pour les points de basculement du changement climatique.
Le Dr Wieczynski a déclaré: « Ces microbes peuvent agir comme des indicateurs précoces des effets catastrophiques du changement climatique rapide, ce qui est particulièrement important dans les écosystèmes qui sont actuellement des puits de carbone majeurs comme les tourbières, où les mixotrophes sont très abondants. »
Cependant, les chercheurs ont également découvert que ces signaux d’alerte précoce peuvent être atténués par l’augmentation des nutriments comme l’azote dans l’environnement, généralement causée par le ruissellement de l’agriculture et des installations de traitement des eaux usées.
Lorsque des quantités plus élevées de ces nutriments ont été incluses dans les simulations, les chercheurs ont découvert que la plage de températures sur laquelle les fluctuations révélatrices se produisent commence à se réduire jusqu’à ce que le signal disparaisse et que le point de basculement arrive sans avertissement apparent.
« Détecter ces signes avant-coureurs va être difficile. Surtout s’ils deviennent plus subtils avec la pollution par les nutriments. » Dit le Dr Moeller. « Cependant, les implications de les manquer sont énormes. Nous pourrions nous retrouver avec des écosystèmes dans un état beaucoup moins souhaitable, ajoutant des gaz à effet de serre à l’atmosphère au lieu de les éliminer. »
Dans l’étude, les chercheurs ont effectué des simulations en utilisant une plage de températures de 4 degrés, de 19 à 23 degrés Celsius. Les températures mondiales devraient grimper de 1,5 degré Celsius au-dessus des niveaux préindustriels au cours des cinq prochaines années, et devraient dépasser de 2 à 4 degrés avant la fin de ce siècle.
Les chercheurs avertissent que la modélisation mathématique utilisée dans l’étude s’appuie sur des preuves empiriques limitées pour étudier les effets du réchauffement sur les communautés microbiennes. Le Dr Wieczynski a déclaré: « Bien que les modèles soient des outils puissants, les résultats théoriques doivent finalement être testés de manière empirique. Nous préconisons fortement des tests expérimentaux et observationnels supplémentaires de nos résultats. »
Plus d’information:
Daniel Wieczynski et al, les microbes mixotrophes créent des points de basculement du carbone sous le réchauffement, Écologie fonctionnelle (2023). DOI : 10.1111/1365-2435.14350