Quelle est la relation entre la physiologie du phytoplancton et le climat mondial ?

Le phytoplancton, de minuscules organismes photosynthétiques présents dans l’océan, joue un rôle crucial dans le cycle mondial du carbone et influence le climat de la Terre. Une nouvelle étude a révélé comment les changements dans la physiologie du phytoplancton, notamment en ce qui concerne l’absorption des nutriments, peuvent affecter la composition chimique des océans et même de l’atmosphère. Cela suggère que des changements dans la physiologie du phytoplancton marin pourraient influencer le climat mondial.

Le phytoplancton océanique est un composant essentiel du cycle mondial du carbone car il photosynthèse, capte le carbone (C) et le transporte vers les profondeurs océaniques. La croissance du phytoplancton dépend non seulement du carbone, mais aussi de l’azote (N) et du phosphore (P), essentiels à ses fonctions cellulaires.

La stœchiométrie du phytoplancton détermine les proportions relatives de différents éléments tels que C, N et P dans ces organismes. Des liens clés existent entre la stœchiométrie du phytoplancton et le climat à travers les interconnexions entre la pompe océanique à carbone, le cycle des nutriments, la dynamique du réseau trophique et les réponses aux facteurs liés au climat tels que le dioxyde de carbone (CO) atmosphérique.₂) Concentration et température.

Dans les années 1930, l’océanographe américain Alfred Redfield a fait une découverte importante : il a découvert que les concentrations des éléments C, N et P dans le phytoplancton marin suivaient un rapport approximativement constant d’environ 106:16:1 – un rapport qui porte désormais son nom sous le nom de Rapport de champ rouge.

Étonnamment, les recherches de Redfield ont également révélé que dans les échantillons d’eau de mer qu’il a collectés, la concentration de nitrate, une source essentielle de nutriment azoté, était en moyenne 16 fois supérieure à la concentration de phosphate, une source essentielle de nutriment phosphoré. Les rapports azote/phosphore (N:P) dans le phytoplancton et dans l’eau de mer sont remarquablement similaires, ce qui indique une forte relation entre les pools de nutriments moléculaires (phytoplancton) et dissous (eau de mer).

La question de savoir si le rapport N:P dans le bassin dissous contrôle le rapport dans les particules, ou vice versa, laisse perplexe la communauté des sciences de la mer depuis longtemps. «C’est une question de poule et d’œuf», explique le Dr. Biochimie marine.

Lui et ses collègues ont mené une étude pilote examinant la relation entre les ratios d’azote et de phosphore dans la matière organique inorganique dissoute et la matière organique particulaire dans l’eau de mer. L’étude a maintenant été publiée dans la revue Avancement de la scienceSouligne l’importance de modifier les ratios C:N:P du phytoplancton pour réguler les ratios de nutriments océaniques dissous à l’échelle mondiale et met en évidence les niveaux d’oxygène marin en tant que régulateur essentiel du système terrestre.

Pour étudier ces relations, les auteurs ont utilisé un modèle informatique de physiologie des algues couplé à un modèle du système terrestre, dans lequel le phytoplancton optimise dynamiquement les rapports C:N:P en réponse à différentes conditions environnementales. Dans le modèle informatique, ils ont pu modifier les propriétés du phytoplancton et observer comment cela modifiait les proportions d’azote et de phosphore dans l’eau.

Ils ont effectué un ensemble de 400 simulations, qui faisaient varier les teneurs minimales en azote et en phosphore dont les algues avaient besoin pour survivre. Les résultats du modèle révèlent des mécanismes de rétroaction complexes impliquant des changements dans la teneur en azote et en phosphore du phytoplancton, ainsi que dans les niveaux d’oxygène et d’azote océaniques.₂ Fixation par phytoplancton fixateur d’azote et dénitrification.

Les résultats du modèle remettent en question la relation étroite généralement supposée entre les ratios de phytoplancton et de nutriments dans l’eau de mer. Plutôt que de chercher à découvrir les raisons de la similitude des ratios actuellement observés entre le phytoplancton et l’eau de mer, les résultats mettent en évidence que ces ratios ne sont pas intrinsèquement similaires. En d’autres termes, la similarité, telle qu’observée de nos jours, est spécifique à un état, et cet état peut être sujet à changement, du moins à une échelle de temps non couverte par plusieurs décennies d’observations océaniques in situ.

De plus, l’analyse met en évidence l’impact potentiellement significatif des quotas d’azote et de phosphore du phytoplancton sur le dioxyde de carbone atmosphérique.₂ Niveaux aux échelles de temps géologiques. Traditionnellement, on pensait que les variations de la stœchiométrie du phytoplancton au sein d’un écosystème marin avaient un impact relativement mineur sur la biogéochimie marine et donc sur le CO2 atmosphérique.₂ Les niveaux. Cette vision peut aujourd’hui être remise en question, car cette étude souligne l’importance potentielle des détails physiologiques des conditions climatiques de notre planète.

Les auteurs expliquent l’importance de ces résultats : « Nos résultats montrent que la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère₂ De plus, les températures de l’océan et de l’air sont remarquablement sensibles aux changements de stœchiométrie résultant des changements dans la physiologie du phytoplancton. « Comprendre ces liens peut aider les scientifiques à faire des prévisions plus précises sur l’évolution future des écosystèmes et du climat de notre planète.