Le phytoplancton est le fondement de toute vie sur la planète. Comprendre comment ces organismes photosynthétiques réagissent à leur environnement océanique est important pour comprendre le reste du réseau trophique.
Malgré cela, les modèles informatiques de la biogéochimie océanique mondiale n’incluent généralement pas le cycle de lumière jour/nuit (diel), même si ce cycle est essentiel pour la photosynthèse des producteurs primaires de l’océan.
Pour la première fois, des scientifiques du Centre des écosystèmes du Laboratoire de biologie marine (MBL) ont intégré le cycle journalier dans un modèle océanique global afin d’étudier ses effets sur le phytoplancton. Leur étude, publiée dans Ecologie globale et biogéographieest le premier à étudier comment le cycle jour/nuit affecte la biogéographie et la diversité de ces producteurs primaires.
Le modèle offrait des cycles naturels de lumière et d’obscurité sur l’océan mondial à 15 types de phytoplancton simulés. Il a ensuite été comparé à une simulation de contrôle utilisant le même modèle de plancton, mais éclairé avec une moyenne de lumière sur des périodes de 24 heures. L’objectif était de voir comment les cycles de lumière diurne affectaient la productivité du phytoplancton et modifiaient la dynamique de concentration des nutriments.
Les phytoplanctons simulés étaient tous de tailles cellulaires différentes et séparés en deux groupes différents avec deux grandes stratégies écologiques. Les « glaneurs » simulaient des cellules plus petites avec une affinité élevée pour les nutriments (ce qui signifie qu’ils pouvaient capturer les nutriments hors de la colonne d’eau même si ces nutriments étaient en faible quantité) mais une croissance lente, et les « opportunistes » simulaient des cellules plus grandes avec un taux de croissance maximal plus élevé mais une faible affinité pour les nutriments (ce qui signifie qu’ils ont fait mieux dans l’eau riche en nutriments). Il s’agissait de représentations du phytoplancton réel basées sur des paramètres de cultures en laboratoire.
Les chercheurs ont découvert que le cycle journalier importait effectivement au phytoplancton simulé.
« Nous savons que de nombreux traits de différents phytoplanctons sont basés sur le cycle jour/nuit. Certains dinoflagellés vont plus loin [in the water column] pour obtenir plus de nutriments et ensuite passer à la photosynthèse. Certains stockent du carbone pendant la journée pour pouvoir l’utiliser la nuit », explique Ioannis Tsakalakis, chercheur postdoctoral au MBL et premier auteur de l’article.
Le modèle a montré que les cycles quotidiens sont associés à des concentrations plus élevées de nutriments limités, ce qui signifie qu’à des latitudes plus basses (−40° à 40°), les opportunistes simulés étaient plus abondants que les glaneurs par rapport à la simulation témoin. Cela inclut le phytoplancton comme les diatomées. Ce mécanisme est devenu moins important aux latitudes plus élevées, où les effets du cycle lumineux saisonnier étaient plus forts que les cycles jour/nuit.
Si les scientifiques ne comprennent pas comment le phytoplancton obtient son énergie en tant que producteur primaire à la base du réseau trophique, il est difficile de faire des déductions sur les interactions du reste de ce réseau trophique océanique mondial, jusqu’aux humains.
Alors pourquoi personne n’a-t-il inclus le cycle journalier auparavant ?
L’océan mondial est immense, tout comme les modèles qui le représentent. Pour faire face à la complexité de ce qui se passe dans l’océan, les modélisateurs simplifient souvent certains processus. Les modèles typiques n’intègrent que les changements de lumière saisonniers plutôt que d’ajouter les détails plus fins du cycle jour/nuit. Il s’agit principalement d’une décision informatique, explique le scientifique principal du MBL, Joe Vallino, auteur principal de l’article. « Si vous ne résolvez pas les détails précis du temps, en général, [the models] cours plus vite. »
« Vous repoussez les contraintes matérielles », déclare Vallino. « Vous ne voulez pas qu’une simulation de 10 ans prenne 10 ans pour simuler. »
Mais à mesure que le changement climatique progresse, il est essentiel de comprendre le fonctionnement de l’océan pour comprendre comment le réchauffement climatique et l’augmentation du dioxyde de carbone l’affectent.
« Ce modèle contribue à faire progresser notre compréhension fondamentale du fonctionnement de l’océan », déclare Vallino, ajoutant qu’à mesure que les scientifiques élaborent de meilleurs modèles océaniques, ils pourraient éventuellement les utiliser pour rechercher des solutions possibles au changement climatique tout en minimisant les conséquences imprévues.
« Être capable de prédire comment la distribution du phytoplancton va changer va avoir des répercussions plus haut dans le réseau trophique », explique Vallino. « Si vous ne pouvez pas obtenir ce changement de base correctement, vous ne pouvez rien obtenir qui soit connecté à cela au-dessus. »
Ioannis Tsakalakis et al, les cycles lumineux quotidiens affectent la compétition phytoplanctonique dans l’océan mondial, Ecologie globale et biogéographie (2022). DOI : 10.1111/geb.13562