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L'acidification des océans et les crises de «calmar» des bébés?

Zakroff, C., Mooney, T. A., et Berumen, M. L. (2019). Dépendance à la dose et variabilité à petite échelle des réponses à l'acidification des océans pendant le calmar, Doryteuthis pealeii, développement. Biologie marine, 166 (5), 62. doi: 10.1007 / s00227-019-3510-8

Figure 1: En haut: Une vadrouille à oeufs de D. pealeii, trouvée dans les eaux peu profondes. Chaque capsule d'oeuf contient entre 50-200 œufs. Ceridwen, (2009), geograph.org.uk. En bas: un adulte D. pealeii; l'espèce est semelparous, ce qui signifie qu'elle ne se reproduit qu'une fois avant de mourir. C'est un organisme essentiel à l'écologie de l'océan Atlantique Nord. Clyde F.E. Roper, tolweb.org.

Il approche de l’été dans l’hémisphère nord. Plongez sous les vagues qui roulent sur le plateau continental de l'Atlantique nord-ouest et vous remarquerez quelque chose de nouveau le long du fond marin en plus du sable et des rochers: des amas de tubes gélatineux, formant quelque chose qui ressemble à des têtes de vadrouille. En y regardant de plus près, vous trouverez des dizaines d'œufs dans chaque tube ou sac et (selon le stade de développement) des centaines d'yeux qui regardent dans le bleu. Rencontrez le calmar côtier longfin, Doryteuthis pealeii, alors qu'il s'apprête à éclore de sa capsule d'oeuf ancré et à prendre sa place, au centre de la scène, dans l'habitat côtier.

Vous n'avez peut-être jamais beaucoup réfléchi aux calmars, au-delà de leur aptitude à l'apéritif aux calamars, mais ces animaux sont extrêmement importants dans l'écosystème marin. Non seulement ils sont de la nourriture pour nous, mais ils sont également des plats savoureux pour d'autres grands organismes marins, ainsi que des prédateurs voraces de petites proies. En raison de ce rôle central du calmar dans l'environnement, les scientifiques se sont inquiétés de la façon dont les facteurs de stress environnementaux affecteront ces espèces, en particulier à différents stades de la vie. Le stress induit par l'acidification des océans (OA) est particulièrement préoccupant.

Si l'augmentation de la concentration de CO2 dans l'atmosphère contribue à l'augmentation des températures mondiales, elle a également un impact sur l'acidité de l'océan. Après avoir été absorbé dans les eaux océaniques, le CO2 subira une série de réactions chimiques; le résultat final est la libération d'ions hydrogène supplémentaires (ce qui augmente l'acidité) et les ions carbonate (le composé nécessaire à la formation du squelette de la coquille et du corail) deviennent moins abondants. Alors, comment les céphalopodes à corps mou sans coquilles ou squelettes externes pourraient-ils être menacés par le stress induit par l'arthrose?

Tout simplement parce que les calmars n'ont pas de coquilles externes, cela ne signifie pas qu'ils n'ont pas de parties dures qui pourraient être affectées. Plus précisément, les calmars ont des statolithes – de minuscules structures de carbonate de calcium qui sont essentielles pour aider l'animal à maintenir son équilibre et à percevoir son accélération dans l'eau. Pour les calmars juvéniles et adultes capables de s'éloigner des eaux plus acides / tolérant les conditions acides sur une courte période de temps, cela pourrait ne pas être un problème aussi important – mais qu'en est-il pour ces bébés qui se développent dans ces vadrouilles ancrées? Ce sont ces questions qui ont conduit Casey Zakroff et une petite équipe de chercheurs de la Woods Hole Oceanographic Institution à mener une série d'essais au cours d'une saison de reproduction estivale.

Squal paralarva

Figure 2: Larve D. pealeii sous grossissement. La ligne bleue indique la longueur du manteau mesurée sur tous les individus échantillonnés. La zone encerclée indique la zone où les statolithes sont logés dans la tête du calmar larvaire. Le sac vitellin est à peine visible, sur toute la longueur du manteau (sous la flèche) et n'a été correctement vu qu'après avoir préservé le spécimen et coloré les tissus. Todd Anderson (2005), commons.wikimedia.org.

Comment cela a-t-il été fait?

D'abord sauvage D. pealeii récoltés dans le détroit de Vineyard au large des côtes du Massachusetts ont été ramenés à la reproduction et pondent leurs capsules d'œufs dans des conditions de laboratoire contrôlées. Les capsules d'oeufs ont ensuite été déplacées vers un système de culture, où elles pourraient se développer dans des réservoirs séparés sous divers traitements d'acidité. En particulier, Zakroff était intéressé à déterminer si les nouveau-nés montreraient des signes de problèmes induits par l'OA à n'importe quelle acidité, ou s'il existait un «point de basculement» où toute stratégie d'adaptation qu'ils pourraient avoir ne serait plus suffisante.

Au cours de chaque jour d'éclosion, les bébés calmars ont été échantillonnés au hasard et des mesures spécifiques ont été prises – et comme ces organismes étaient de la taille de grains de riz, les microscopes et les caméras étaient essentiels! Les temps d'éclosion après la ponte, les longueurs du manteau, les volumes des sacs vitellins et l'état des statolithes étaient particulièrement intéressants. La longueur du manteau (essentiellement la paroi externe du corps du calmar derrière sa tête) était une bonne mesure de la taille d'un individu (voir Fig.2), tandis que les volumes du sac vitellin indiquaient la quantité d'énergie dont disposait le calmar jusqu'à ce qu'il ait besoin de se nourrir. seul. Nous espérons que l’état des statolithes montrerait si l’acidité modifiait la formation des minéraux pendant le développement du calmar. Les longueurs du manteau ont pu être mesurées sur des individus vivants, tandis que les mesures du sac vitellin et des statolithes ont nécessité la conservation des échantillons pour une imagerie et une dissection ultérieures.

Figure 3: Statolithes à l'acidité la plus basse et la plus élevée, respectivement. Modifié à partir de la figure 2, Zakroff et. al (2019). Les statolithes ont été scannés au microscope électronique et analysés numériquement pour la taille, la forme et la variabilité de la structure de la surface.

Jongler avec huit brassées de données!

Au lieu de tendances claires dans tous ces aspects mesurés, Zakroff a rapidement constaté une variabilité de la réponse du calmar à l'acidité croissante. Les périodes d'éclosion ont été retardées par l'augmentation de l'acidité, mais également tout au long de la saison, les œufs pondus au cours des essais ultérieurs éclosant en moyenne deux jours plus tard que ceux des essais précédents. De même, tous les essais ont révélé une diminution de la longueur du manteau avec l'augmentation de l'acidité, mais tous les niveaux d'acidité dans un essai n'ont pas montré de déclins significativement différents. Le volume du sac vitellin semblait lié à la diminution de la longueur du manteau dans certains essais, mais pas dans d'autres – et dans certains cas, il a en fait montré une augmentation de la réponse à une acidité plus élevée! Quant aux statolithes, leur déclin de surface à travers les essais et les acidités était similaire aux tendances affichées par les volumes de sac vitellin. Dans certains essais, la diminution semble correspondre à l'augmentation de l'acidité, tandis que d'autres essais ont extrait des statolithes qui n'étaient guère différents d'un traitement à l'autre.

Que signifient toutes ces données et pourquoi sont-elles importantes?

Des expériences comme celle-ci sont passionnantes parce que des résultats étranges qu'ils donnent. Les céphalopodes, et le calmar en particulier, peuvent être difficiles à étudier car ils ne sont pas toujours faciles à attraper et sont assez difficiles à élever en captivité. Ainsi, avoir un aperçu de la façon dont ils réagissent aux facteurs de stress au cours de leur développement initial est la première étape d'une longue lignée de recherches scientifiques et sert à élargir la quantité et ce que nous savons de ces organismes importants.

Les différences observées entre les essais pourraient indiquer un certain nombre de stratégies utilisées pour lutter contre le stress induit par l'arthrose. Alors que Zakroff a reconnu la nécessité de tests supplémentaires pour démêler les mécanismes impliqués, les résultats mitigés pointent vers quelques stratégies d'adaptation. En ce qui concerne la diminution de la longueur du manteau, les calmars peuvent avoir détourné l'énergie de la croissance pour combattre les effets de l'arthrose, bien que l'on s'attendait à ce que le volume du sac vitellin suive la même tendance. Comme cela n'a pas toujours été le cas, il se peut que les sacs vitellins ne soient pas aussi affectés par l'augmentation de l'acidité, les animaux peuvent ralentir le développement encore plus pour conserver leurs réserves d'énergie, ou cela pourrait même être lié à la santé / aux ressources de la mère au moment de la ponte. La longueur du statolithe a été liée à la longueur du manteau chez d'autres espèces, de sorte que la diminution de la taille entre ces deux facteurs dans D. pealeii est l'explication la plus simple. Une dégradation ou une malformation de surface du statolithe avec une acidité croissante a également été observée, mais la forme des cristaux a indiqué que le problème pourrait ne pas résider dans la formation de minéraux, mais dans les protéines responsables de la construction du statolithe lui-même. Pour savoir quand, au cours du développement, ces malformations commenceraient, il faudrait de nouvelles méthodes pour prendre des coupes transversales de ces calculs microscopiques.

Dans l'ensemble, les ensembles de données générés à partir de cette expérience n'ont pas révélé de système bien ordonné, mais ont mis en évidence la complexité et la flexibilité D. pealeii peut être en réponse au stress environnemental. Les systèmes biologiques sont des toiles compliquées, et si ces calmars choisissent diverses stratégies d’adaptation, il est possible qu’ils soient suffisamment malléables pour résister aux niveaux prévus d’arthrose dans les siècles à venir. Cependant, chaque stratégie peut avoir ses propres compromis (par exemple, brûler le jaune pour se développer plus complètement avant l'éclosion, mais avoir alors moins de réserves disponibles si les proies ne sont pas capturées rapidement). À la fin de la journée, les défis de travailler avec ces animaux devront être surmontés et plus d'études effectuées avant qu'ils ne renoncent à leurs secrets. D'ici là, cependant, nous pouvons espérer que leur variabilité leur permettra – sinon de prospérer – de survivre.

Andrea Schlunk

Je suis un ancien doctorant de l'Université de Rhode Island, ayant découvert mon amour de l'enseignement et de l'éducation scientifique informelle en partie grâce à OceanBites! Depuis que j'ai quitté le milieu universitaire, je me suis concentré sur la création de contenu éducatif pour les étudiants du New England Aquarium et de la station de terrain de Chincoteague Bay. J'ai également essayé de co-créer un podcast scientifique, ThunkTink, dont la production se poursuivra fin 2019.

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