Lorsque vous traversez une tempête de pluie, la traction est essentielle. Si vos pneus n’ont pas suffisamment de bande de roulement, votre véhicule glissera et glissera, et vous n’aurez pas l’adhérence nécessaire pour manœuvrer en toute sécurité. Lorsque des pluies torrentielles frappent des écosystèmes côtiers peu profonds, les oursins sont confrontés à un défi similaire. De fortes précipitations peuvent modifier la concentration de sel dans les eaux océaniques, entraînant une baisse des niveaux de salinité. Même un léger changement de salinité peut affecter la capacité des oursins à attacher solidement leurs pieds tubulaires à leur environnement, comme des pneus agrippant la route. Cela devient une question de vie ou de mort pour les petites créatures épineuses, car elles comptent sur leurs structures adhésives pour se déplacer dans la zone rocheuse battue par les vagues près du rivage.
Les biologistes de l’Université de Syracuse ont co-écrit une étude explorant comment les capacités adhésives des oursins sont affectées par différents niveaux de salinité de l’eau. L’ouvrage est publié dans la Journal de biologie expérimentale.
La survie des oursins est vitale pour le maintien de l’équilibre au sein des écosystèmes marins. Les oursins sont responsables du pâturage d’environ 45% des algues sur les récifs coralliens. Sans oursins, les récifs coralliens peuvent être envahis par des macroalgues, ce qui peut limiter la croissance des coraux. Avec l’importance des récifs coralliens pour la protection côtière et la préservation de la biodiversité, il est essentiel de sauvegarder la population d’oursins.
Alors que le changement climatique mondial provoque des conditions météorologiques extrêmes allant des vagues de chaleur et des sécheresses aux fortes pluies et aux inondations, les grandes quantités d’eau douce qui se déversent dans les écosystèmes côtiers modifient les habitats. Une équipe de biologistes, dirigée par Austin Garner, professeur adjoint au département de biologie du Collège des arts et des sciences, a étudié les impacts d’une faible salinité et comment elle modifie la capacité des oursins à saisir et à se déplacer dans leur habitat. Garner, qui est membre du BioInspired Institute de l’Université de Syracuse, étudie comment les animaux s’attachent aux surfaces dans des environnements variables du point de vue des sciences de la vie et des sciences physiques.
L’étude de l’équipe a cherché à comprendre comment les populations d’oursins seront affectées par les futurs événements climatiques extrêmes.
« Alors que de nombreux animaux marins peuvent réguler la quantité d’eau et de sels dans leur corps, les oursins ne sont pas aussi efficaces à cet égard », explique Garner. « En conséquence, ils ont tendance à être limités à une gamme étroite de niveaux de salinité. Les précipitations torrentielles peuvent entraîner le déversement de quantités massives d’eau douce dans l’océan le long du littoral, entraînant une réduction rapide de la concentration de sel dans l’eau de mer. »
Les recherches du groupe ont été menées aux Friday Harbor Laboratories (FHL) de l’Université de Washington. L’auteur principal de l’étude, Andrew Moura, qui est étudiant diplômé du laboratoire de Garner à Syracuse, s’est rendu à FHL avec Garner et des chercheurs de l’Université de Villanova pour mener des expériences avec des oursins verts vivants. Ils ont travaillé aux côtés de l’ancienne chercheuse postdoctorale de la FHL, Carla Narvaez, qui est maintenant professeure adjointe de biologie au Rhode Island College, et des professeurs de l’Université Villanova, Alyssa Stark et Michael Russell.
Au FHL, les chercheurs ont séparé les oursins en 10 groupes en fonction des différents niveaux de salinité dans chaque réservoir, de la teneur normale à très faible en sel. Dans chaque groupe, ils ont testé des paramètres tels que la réponse de redressement (la capacité des oursins à se retourner), la locomotion (vitesse d’un point à un autre) et l’adhérence (force à laquelle leurs pieds tubulaires se détachent d’une surface). Dans le laboratoire de Garner à Syracuse, lui et Moura ont effectué une analyse des données pour comparer chaque métrique.
L’équipe a découvert que la réaction de redressement, le mouvement et la capacité d’adhérence des oursins étaient tous affectés négativement par des conditions de faible salinité. Fait intéressant, cependant, la capacité d’adhérence des oursins n’a pas été gravement affectée jusqu’à des niveaux de salinité très bas, ce qui indique que les oursins peuvent être capables de rester attachés dans des conditions environnementales proches du rivage difficiles, même si les activités qui nécessitent une plus grande coordination des pieds tubulaires (redressement et mouvement ) peut ne pas être possible.
« Lorsque nous constatons cette diminution des performances sous une salinité très faible, nous pourrions commencer à voir des changements dans l’endroit où les oursins pourraient vivre en raison de leur incapacité à rester coincés dans certaines zones à faible salinité », explique Moura. « Cela pourrait changer la quantité de pâturage des oursins et pourrait avoir de profonds effets sur l’écosystème. »
Leurs travaux fournissent des données essentielles qui améliorent la capacité des chercheurs à prédire comment des animaux importants comme les oursins se comporteront dans un monde en évolution. Les principes d’adhérence que Garner et son équipe explorent pourraient également être utiles pour les matériaux adhésifs conçus par l’homme, un travail qui s’aligne sur la mission de l’Institut BioInspired de l’Université de Syracuse de relever les défis mondiaux grâce à une recherche innovante.
« Si nous pouvons apprendre les principes fondamentaux et les mécanismes moléculaires qui permettent aux oursins de sécréter un adhésif permanent et de l’utiliser pour une fixation temporaire, nous pourrions exploiter ce pouvoir dans les défis de conception ou nos adhésifs aujourd’hui », déclare Garner. « Imaginez pouvoir avoir un adhésif qui est autrement permanent, mais ensuite vous ajoutez un autre composant, et il le décompose et vous pouvez le coller à nouveau ailleurs. C’est un exemple parfait de la façon dont la biologie peut être utilisée pour améliorer les produits de tous les jours. autour de nous. »
Plus d’information:
Andrew J. Moura et al, l’hyposalinité réduit la coordination et l’adhérence des pieds du tube d’oursin, Journal de biologie expérimentale (2023). DOI : 10.1242/jeb.245750