Étude explore les impacts du changement climatique sur les herbiers marins

21 juin 2023

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par Holly Alyssa MacCormick, Université Stanford

Sous les vagues des eaux côtières se cache un membre important de la chaîne alimentaire marine : les herbiers marins. Ces prairies marines sont en quelque sorte les héros méconnus de l'océan, bénéficiant aux êtres humains et à la planète en produisant de l'oxygène, en éliminant le dioxyde de carbone de l'air et en fournissant de la nourriture et de l'habitat pour la vie marine. Toutefois, ces savanes submergées pourraient être menacées de disparaître, selon une nouvelle étude de Stanford qui a modélisé la distribution des espèces d'herbiers marins dans le monde à deux moments différents dans le futur.

Le changement climatique devrait frapper durement les espèces marines, en partie parce que les océans absorbent environ 80 pour cent de l'excès de chaleur provenant des émissions de gaz à effet de serre. Pourtant, on ne sait pas exactement comment les herbiers marins se comporteront à l'avenir, ni si le réseau actuel d'aires marines protégées pourra sauver les herbiers marins.

« La question simple que nous posons dans cette recherche est : 'Comment les herbiers marins, qui sont un groupe fondamental de la chaîne alimentaire marine, répondront-ils au changement climatique ?' », a déclaré Barnabas Daru, professeur adjoint de biologie à l'École des sciences humaines et sociales de Stanford.

Les herbiers marins sont un groupe ancien de plantes qui ont originairement évolué dans l'océan, ont migré sur la terre ferme, et sont revenues à la mer il y a environ 140 millions d'années. Ils offrent des pâturages pour les herbivores, tels que les tortues de mer vertes en danger, les lamantins et les poissons-perroquets ; ils abritent des crevettes, des invertébrés marins et des poissons ; et sont des zones d'élevage pour environ 20 pour cent des grandes pêcheries commerciales du monde.

De nombreux organismes marins dépendent directement des herbiers marins pour survivre, mais beaucoup plus en bénéficient indirectement.

« Par exemple, les requins se nourrissent d'animaux marins qui, à leur tour, peuvent se nourrir directement ou indirectement de plantes », a déclaré Daru, qui est l'auteur principal de l'étude menée avec Brianna M. Rock, une chercheuse à l'Institut de recherche sur les aquariums marins clairs en Floride, publiée le 19 juin dans la revue Nature Plants.

« Si quelque chose affecte ces espèces fondamentales au début de la chaîne alimentaire, cela aura des effets en cascade sur d'autres organismes qui en dépendent tout en haut de la chaîne alimentaire, y compris les êtres humains », a déclaré Daru.

Les herbiers marins s'étendent sur environ 116 000 miles carrés de côtes bordant 191 pays sur tous les continents, sauf l'Antarctique. Modéliser l'impact du changement climatique sur les herbiers marins dans le monde entier n'est pas une mince affaire.

Daru et Rock ont commencé par cartographier l'emplacement et l'abondance de chaque espèce d'herbiers marins en utilisant environ 100 ans d'échantillons d'herbiers marins collectés dans des écosystèmes côtiers. Ils ont combiné ces données avec des enregistrements qu'ils ont recueillis sur le terrain et des informations tirées de bases de données publiques sur l'occurrence des herbiers marins, comme le Global Biodiversity Information Facility et Seagrass-Watch. Ils ont surmonté les échantillonnages inégaux en utilisant des données provenant de zones bien échantillonnées, comme l'Amérique du Nord et l'Europe, pour modéliser les habitats d'herbiers marins prédits pour les zones insuffisamment échantillonnées, comme l'Asie du Sud-Est et l'Indo-Pacifique.

Ensuite, ils ont créé des « instantanés » globaux représentant le climat actuel de l'océan, et comment il pourrait être aux périodes de 2040-2050 et 2090-2100 en utilisant des données géophysiques et environnementales du site web Bio-ORACLE.

Pour les périodes actuelle et deux périodes futures, Daru a modélisé quatre scénarios différents : un climat « idéal » avec de faibles concentrations de gaz à effet de serre ; deux scénarios stabilisés où les niveaux de gaz à effet de serre ont atteint un plateau ; et un scénario « pire des cas » avec de fortes concentrations de gaz à effet de serre. Ces scénarios modélisés comprenaient des données sur la température de la mer, la salinité et la vitesse des courants marins, toutes des variables connues pour influencer considérablement la croissance, la distribution, et la photosynthèse des herbiers marins.

Enfin, pour prédire comment les populations et les distributions d'herbiers marins pourraient changer entre le présent et deux futurs moments, Daru a appliqué un modèle informatique des observations de l'occurrence des espèces à chaque scénario climatique.

L'étude a révélé que les herbiers marins subiront des réductions généralisées de la diversité et de la composition des espèces, avec une proportion significative d'herbiers marins souffrant dans les points chauds qui se produisent en dehors du réseau marin actuel d'aires protégées. Les chercheurs ont notamment constaté que les herbiers marins ont diminué en abondance et en composition dans chaque scénario testé, même dans le « meilleur des cas ». Que signifie cela?

'It probably means that 'the best' is still not enough,' Daru said. 'We have to be more intentional in how conservation efforts are prioritized and this sort of analysis points to the places where these efforts should be done.'

Importantly, the findings of this study also indicate that the current network of marine protected areas is not sufficient.

'One of the signatures of this modern era of profound human impact on the environment is not even the loss of species, but the reorganization of biotic communities. The homogenization of communities is likely to lead to a more profound impact on biodiversity than even the loss of species,' Daru said.

When ecosystems become homogenized they lose their distinctiveness and uniqueness, and the decrease in diversity makes them more susceptible to disease and extreme weather events. Such a change could impact both the ecosystem services provided by these communities and the marine life that depends on them. It also may force marine animals that specialize on certain seagrasses to relocate or adapt to less favored seagrass species if their preferred seagrass is lost, which can reduce their fitness and survival.

Despite these sobering findings, the future of seagrasses is far from hopeless.

'We highlighted hotspots of change in species diversity and phylogenetic diversity that represent priority regions to target for conservation efforts,' Daru said. 'Our goal, our hope is that by pointing policymakers and conservationists to focus on these hotspots, marine protection will be increased in these areas and the future of seagrasses will—to some extent—be safeguarded.'

Journal information: Nature Plants

Provided by Stanford University