Les animaux marins vivent là où l'océan est le plus respirable

Alors que les océans se réchauffent en raison du changement climatique, les scientifiques tentent de prédire comment les animaux marins - des poissons osseux aux méduses - réagiront. Des expériences en laboratoire indiquent que beaucoup pourraient théoriquement tolérer des températures bien supérieures à ce qu'ils rencontrent aujourd'hui. Mais ces études ne signifient pas que les animaux marins peuvent maintenir leur aire de répartition actuelle dans des océans plus chauds, selon Curtis Deutsch, professeur agrégé d'océanographie à l'Université de Washington.

Les zones respirables de l'océan sont les plus peuplées.

"La température à elle seule n'explique pas où dans l'océan un animal peut vivre", a déclaré Deutsch. "Vous devez considérer l'oxygène : quelle quantité est présente dans l'eau, dans quelle mesure un organisme peut l'absorber et l'utiliser, et comment la température affecte ces processus".

Les caractéristiques propres à l'espèce, les niveaux globaux d'oxygène et la température de l'eau se combinent pour déterminer quelles parties de l'océan sont "respirables" pour différentes créatures océaniques. Une nouvelle recherche montre qu'une grande variété d'animaux marins - des vertébrés aux crustacés en passant par les mollusques - habitent déjà la plage maximale d'océan respirable que leur physiologie permettra.

Les résultats, publiés le 16 septembre dans Nature, fournissent également un avertissement sur le changement climatique : puisque les eaux plus chaudes abriteront moins d'oxygène, certaines étendues d'océan qui sont respirables aujourd'hui pour une espèce donnée peuvent ne pas l'être à l'avenir.

Les organismes d'aujourd'hui vivent fondamentalement jusqu'aux températures les plus chaudes possibles qui leur fourniront suffisamment d'oxygène pour leur niveau d'activité - donc des températures plus élevées vont immédiatement affecter leur capacité à obtenir suffisamment d'oxygène. En réponse au réchauffement, leur niveau d'activité va être restreint ou leur habitat va commencer à se rétrécir. Ce n'est pas comme s'ils allaient bien et continueront.

Les niveaux et les températures d'oxygène varient dans les eaux océaniques. En général, l'eau près de l'équateur est plus chaude et contient moins d'oxygène que les eaux plus froides près des pôles. Mais en passant de l'océan de surface aux eaux plus profondes, l'oxygène et la température diminuent ensemble. Ces principes créent des modèles 3D complexes de niveaux d'oxygène et de température à travers les profondeurs et les latitudes. L'anatomie, la physiologie et le niveau d'activité d'un organisme déterminent ses besoins en oxygène, l'efficacité avec laquelle il absorbe et utilise l'oxygène disponible dans son environnement, et comment la température affecte sa demande en oxygène.

Deutsch et ses co-auteurs ont voulu comprendre si la respirabilité était un facteur limitant dans la détermination des gammes d'animaux marins aujourd'hui. Ils ont combiné des données sur la température et la teneur en oxygène dans les océans avec des études publiées sur la physiologie, la demande en oxygène et le métabolisme de 72 espèces de cinq groupes différents d'animaux marins : les vertébrés à sang froid, comme les poissons, et leurs parents; crustacés; mollusques; vers segmentés; et les méduses et leurs proches.

L'équipe a modélisé les parties de l'océan qui sont et ne sont pas habitables pour chaque espèce. Les chercheurs montrent que l'aire de répartition actuelle d'une espèce chevauche généralement les parties des océans qui devraient lui être habitables. Leur modèle prédit que la crevette nordique, un crustacé, devrait être en mesure d'obtenir suffisamment d'oxygène dans les eaux fraîches au nord d'environ 50 degrés de latitude nord - et c'est généralement l'aire de répartition de la crevette aujourd'hui. Le requin-chat à petites taches Scyliorhinus canicula peut habiter les eaux tempérées et fraîches à diverses profondeurs, mais près des tropiques, seules les eaux proches de la surface - au-dessus d'environ 300 pieds - sont respirantes, ce qui se reflète également dans son aire de répartition actuelle.

Dans de nombreux cas, les aires de répartition des espèces sont au bord de la respirabilité, ce qui indique que pour les animaux marins, la capacité à obtenir suffisamment d'oxygène peut être un facteur limitant majeur pour déterminer où ils peuvent vivre. En dehors de cette plage, les organismes courent le risque d'hypoxie ou de ne pas obtenir suffisamment d'oxygène.

La température affecte à la fois la quantité d'oxygène que l'eau de mer peut contenir et la quantité d'oxygène dont un animal a besoin pour maintenir le même niveau d'activité. Le chevauchement déjà serré que les chercheurs ont observé entre la respirabilité et les plages de courant indique que les augmentations de température à long terme, comme prévu dans le cadre du changement climatique, restreindront probablement les plages de nombreux animaux marins.

Cette nouvelle étude fait suite à une étude réalisée en 2015 sur quatre espèces de l'océan Atlantique par l'équipe de Deutsch et s'appuie sur ses conclusions en montrant que diverses espèces dans tous les bassins océaniques habitent généralement la gamme maximale qu'elles peuvent actuellement.

À l'avenir, Deutsch souhaite inclure d'autres espèces et explorer davantage les relations entre la température, l'oxygène et la physiologie.

Les chercheurs aimeraient également trouver des exemples historiques d'espèces marines déplaçant leur aire de répartition en réponse à la respirabilité de l'eau, comme l'équipe l'a montré plus tôt cette année avec l'anchois du Nord.

"Ce que nous voulons vraiment trouver, ce sont davantage d'observations d'espèces marines se déplaçant conformément à ce que nous attendons des conditions de température et de la disponibilité de l'oxygène", a déclaré Deutsch. "Cela nous donnera des exemples concrets de ce à quoi nous attendre lorsque les conditions de température et d'oxygène fluctuent et évoluent en permanence avec le changement climatique".