Les coraux adaptent leur photosynthèse aux conditions environnementales

Pour les scientifiques qui tentent de comprendre le fonctionnement des écosystèmes récifaux, ils doivent déterminer comment les taux de photosynthèse répondent à une variété de facteurs de stress environnementaux, notamment la température, la disponibilité de la lumière, les niveaux de dioxyde de carbone et la disponibilité des nutriments. Une étude récente publiée dans la revue PLoSOne démontre que les récifs, comme les forêts terrestres, peuvent optimiser leurs taux de photosynthèse aux conditions environnementales existantes.

Les taux de photosynthèse répondent à une variété de facteurs environnementaux dans les récifs coralliens. Ici, des coraux à Palaos.

À l'instar des forêts terrestres, la source d'énergie la plus importante pour les récifs coralliens tropicaux d'eau peu profonde est la lumière. Les algues photosynthétiques, appelées zooxanthelles, vivent dans les tissus des coraux constructeurs de récifs et leur fournissent de l'oxygène et les produits de la photosynthèse, y compris le glucose et les acides aminés. Les coraux, à leur tour, utilisent ces produits comme source d'énergie pour construire des squelettes de carbonate de calcium et faire croître davantage de tissus vivants. D'autres organismes récifaux importants d'un point de vue écologique, tels que les macroalgues et les algues du gazon, dépendent également de la lumière pour leur croissance et leur reproduction, faisant de la lumière le moteur de la croissance et de la productivité globale des écosystèmes des récifs coralliens.

Pour cette raison, les scientifiques des récifs coralliens s'intéressent à la détermination de la relation entre la productivité primaire et les conditions d'éclairage variables. Dans un article publié le mois dernier par deux écologistes des récifs du BIOS dans la revue scientifique PLoS ONE, la chercheuse postdoctorale Yvonne Sawall et son conseiller, le scientifique associé Eric Hochberg, présentent des preuves que les récifs optimisent leurs capacités photosynthétiques aux conditions environnementales actuelles, telles que la disponibilité générale de la lumière., nutriments, dioxyde de carbone et température.

"La production primaire, ou la quantité de photosynthèse en cours, détermine en fin de compte la biomasse et la croissance des récifs", a déclaré Sawall. "Cela signifie qu'il est essentiel de mesurer précisément la productivité pour comprendre le fonctionnement des récifs".

Dans le passé, les mesures de la photosynthèse étaient généralement effectuées sur une courte période de quelques minutes à quelques heures. Les résultats de ces mesures, appelées courbes PE instantanées, représentent la relation entre la productivité primaire et la quantité de lumière entrant dans le système (également appelée irradiance). Sur de courtes périodes, ces graphiques produisent une relation classique dans laquelle la productivité augmente linéairement jusqu'à un point (appelé point de saturation) avant de se stabiliser, ce qui signifie que les coraux ne peuvent augmenter leur photosynthèse que jusqu'à un certain niveau de lumière, après quoi aucune augmentation supplémentaire n'est observée..

Cependant, Sawall et Hochberg pensent que des mesures à plus long terme sont nécessaires pour mesurer avec précision la productivité des récifs.

"Les courbes PE traditionnelles ignorent le fait que les conditions du ciel et la disponibilité de la lumière changent au cours d'une seule journée, ainsi qu'au fil des saisons et à différents endroits dans le monde", a déclaré Hochberg. "En fin de compte, ces limitations ont un impact sur la façon dont nous caractérisons la capacité à long terme d'un récif pour la productivité primaire".

Hochberg a souligné que les scientifiques terrestres comprenaient depuis longtemps que les plantes peuvent ajuster leurs niveaux de pigments photosynthétiques pour utiliser au mieux le champ lumineux dominant à long terme. En pratique, cela signifie que - bien que les niveaux de lumière puissent changer de manière significative sur de courtes échelles de temps et sur de petites surfaces - les plantes se sont adaptées de telle sorte qu'en moyenne, elles n'absorbent pas plus de lumière qu'elles ne peuvent en utiliser. Étant donné que les récifs sont composés d'organismes photosynthétiques, il semblait probable qu'une relation similaire se maintiendrait.

Pour les besoins de leur enquête, Sawall et Hochberg ont d'abord obtenu 52 courbes PE instantanées représentant un large éventail d'organismes benthiques (coraux et algues) et de communautés (dominé par les coraux, les algues du gazon dominé et le sable avec des microalgues), ainsi que les conditions environnementales. Ensuite, pour calculer l'irradiance quotidienne (à plus long terme) représentant différentes intensités de nuages et différentes durées de jour, ils ont rassemblé plus de 900 courbes de disponibilité de la lumière recueillies sur une période de trois ans par les instruments du service météorologique national de l'aéroport international LF Wade aux Bermudes.

À l'aide de modèles informatiques, l'équipe a intégré les courbes PE instantanées aux courbes d'irradiance quotidiennes, ce qui a donné des courbes PE intégrées dans le temps qui montrent la relation entre la photosynthèse et la disponibilité de la lumière sur une journée entière. Sans exception, toutes les courbes modélisées intégrées dans le temps ont montré que la photosynthèse dans les communautés benthiques des récifs coralliens n'atteint pas un point de saturation. Autrement dit, la photosynthèse peut saturer pendant un instant, mais pas la photosynthèse quotidienne totale.

"Ces résultats indiquent que les organismes récifaux, y compris les coraux et les algues, optimisent très probablement la photosynthèse au même degré que les plantes terrestres, à l'échelle d'un jour ou plus", a déclaré Sawall.

Du point de vue d'un scientifique des récifs tentant de comprendre comment fonctionnent les écosystèmes récifaux, ces résultats indiquent que la photosynthèse est un "intégrateur écologique", ce qui signifie que les taux de photosynthèse répondent à tous les stress auxquels un organisme est confronté, y compris la température, la disponibilité de la lumière, les niveaux de dioxyde de carbone et la disponibilité des nutriments.

Dans des recherches ultérieures, Hochberg et Sawall explorent la relation entre la couleur d'un organisme et sa photosynthèse quotidienne totale. Ces deux paramètres sont déterminés par les niveaux de pigments d'un organisme, et la recherche terrestre a démontré que la photosynthèse peut être prédite par la mesure de la couleur exprimée par les pigments. Cela signifie qu'un système de télédétection, tel que le projet COral Reef Airborne Laboratory (CORAL) de Hochberg, a le potentiel d'estimer directement la production primaire de l'écosystème sans avoir besoin de mesures laborieuses de chimie de l'eau in situ. La production primaire est l'une des mesures que les scientifiques utilisent pour mesurer la santé des récifs et le fonctionnement des écosystèmes. Des estimations précises de la production primaire sont particulièrement importantes pour déterminer comment les récifs du monde entier sont affectés par le changement climatique mondial.