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Spécial SURFO: Optique et imagerie couleur de l'océan: Phytoplancton dans la baie de Narragansett

Chaque été, la Graduate School of Oceanography (GSO) de l'Université du Rhode Island accueille des étudiants de premier cycle de tout le pays pour participer à la recherche océanographique. Ces boursiers de recherche d'été de premier cycle (SURFO) ont non seulement travaillé avec des scientifiques du BSG, mais ils ont également passé une partie de leur temps à apprendre à communiquer cette science au public. Bien que leur expérience de recherche ait été virtuelle cet été, ils ont quand même fait un travail fantastique. Lisez la suite pour découvrir ce qu'ils ont fait et pourquoi tout le monde devrait être aussi enthousiasmé qu'eux par leur travail.

Taylor Bowen est diplômé du Georgia Gwinnett College, spécialisé en biologie et en sciences de l'environnement, avec une mineure en chimie. Taylor a passé l’été à travailler virtuellement dans le laboratoire du Dr Colleen Mouw, faisant des recherches sur l’imagerie et l’optique du phytoplancton dans la baie de Narragansett.

Les couleurs réelles de l'océan

Quand vous pensez à la couleur de l'océan, vous pensez probablement au bleu, ou peut-être au vert ou au brun. Et bien que ce soient les couleurs que nous percevons à l'œil nu, tout un spectre de couleurs peut être vu à travers un satellite. Les satellites sont équipés d'appareils appelés radiomètres, qui mesurent la façon dont la lumière se reflète et est absorbée par l'océan.

Cette image montre la réflectance globale de l'océan. L'océan peut montrer tout un arc-en-ciel de couleurs lorsqu'il est vu à travers un radiomètre satellite. Source de l'image: NASA

La technologie actuelle de radiométrie par satellite est connue sous le nom de Visible Infrared Imaging Radiometer Suite, ou VIIRS, et a été lancée en 2011. Bien que VIIRS ait été utile dans la collecte d'images satellitaires, sa portée est limitée en raison de l'âge et de la technologie obsolète. Une prochaine mission de la NASA, connue sous le nom de mission PACE, fournira une nouvelle imagerie par satellite qui nous permettra d'avoir une meilleure image globale des écosystèmes dans l'océan. La mission PACE, lancée en 2022, augmentera la résolution spectrale. Il fournira une gamme de longueurs d'onde beaucoup plus large, des spectres plus raffinés et des signaux globaux plus propres que ce que VIIRS peut actuellement offrir. Ce saut technologique nous permettra d'avoir une meilleure idée de la façon dont le plancton photosynthétique absorbe et réfléchit la lumière et la couleur. Cet énorme saut technologique nécessite de nouveaux algorithmes pour utiliser pleinement le nouveau potentiel que la mission PACE offre. L'étude en cours de deux ans et demi sur le phytoplancton à la jetée de la Graduate School of Oceanography de l'Université de Rhode Island à Narragansett Bay fournit des données qui peuvent être utilisées pour créer ces algorithmes.

Les signatures optiques d'une prolifération d'algues nuisibles (HAB) et d'une prolifération d'algues non nocives (non-HAB) sont comparées à l'aide du système VIIRS actuel et du système PACE à venir, montrant la différence de collecte de données à laquelle on peut s'attendre avec la nouvelle technologie. Source de l'image: pace.oceansciences.org

L'installation à la jetée

Au cours des deux dernières années et demie, la jetée de l'Université de Rhode Island a été équipée pour collecter des informations sur les facteurs environnementaux de l'eau, tels que la température, la salinité, la concentration de chlorophylle, l'absorption, la diffusion de la lumière et la matière organique dissoute colorée (CDOM). concentration, ainsi que l'imagerie du phytoplancton. Ces facteurs peuvent tous être comparés et analysés pour déterminer les relations entre les facteurs environnementaux et les variables optiques, qui peuvent ensuite être liées au groupe de phytoplancton et à l'abondance des espèces.

La composition de l'eau de mer

L'absorption totale d'eau peut être décomposée en quatre composants principaux: l'absorption de l'eau elle-même, l'absorption du CDOM dans l'eau, l'absorption des particules non algales, qui sont des particules organiques ou inorganiques qui ne sont pas actuellement vivantes les algues et l'absorption du phytoplancton lui-même. En raison des relations entre les facteurs environnementaux, nous pouvons isoler l'absorption du phytoplancton et l'utiliser pour déterminer si les changements d'absorption sont liés à la présence de certaines espèces ou groupes de phytoplancton.

Imagerie du phytoplancton

L'imagerie Flow CytoBot (IFCB) a collecté des images de cellules de phytoplancton, qui peuvent être identifiées en fonction de caractéristiques physiologiques telles que la taille et la forme. Ces images ont été séparées en 54 groupes différents, chacun avec des caractéristiques physiologiques différentes. Le nombre d'images par millilitre d'eau a montré la concentration de cellules de chaque groupe. Pour les jours considérés, les mêmes groupes constituaient systématiquement les meilleurs contributeurs: non classés, qui comprend toutes les images qui ne rentrent pas dans d'autres catégories; petit nanoplancton rond; petit nanoplancton carré; et les flagellés, qui sont du phytoplancton unicellulaire qui ont un appendice en forme de fouet. Ces quatre principaux contributeurs ont toujours été considérés comme constituant la grande majorité de la communauté du phytoplancton, allant de 67% à 97%. D'autres types de phytoplancton, tels que Skeletonema, Lepticylindrus, Cerataulina pelagica, Dactyliosolen blavyanus, ont été observés certains jours en faibles quantités (5 à 8% de la quantité totale de phytoplancton). Les groupes restants ont été principalement observés chez moins de 1% de la communauté phytoplanctonique tous les jours.

Qu'est-ce que cela signifie

Lorsque la communauté phytoplanctonique fluctue et que différents groupes deviennent plus dominants, la quantité de lumière absorbée par le phytoplancton change également. Ces changements proviennent des différentes tailles de cellules, formes et caractéristiques des groupes de phytoplancton. Les quatre principaux contributeurs sont constitués de beaucoup de nanoplancton, qui sont très petits, mais ils ont plus de surface, et ils apparaissent donc beaucoup plus dans les lectures d'absorption. Les jours où les cellules phytoplanctoniques plus grosses sont plus abondantes, l'absorption est beaucoup plus faible en raison de la surface inférieure. D'autres facteurs peuvent également influencer l'abondance du phytoplancton, mais en raison de contraintes de temps, nous n'avons pas pu terminer ces comparaisons et analyses.

Le budget d'absorption montre comment l'absorption globale est décomposée en quatre composantes. Le vert montre l'absorption du phytoplancton, qui change en fonction des groupes les plus dominants. (Gauche) Le 9 mai 2018 a une absorption de phytoplancton plus faible, mais une baisse globale (67%) des quatre principaux contributeurs. Le squelette est à une concentration beaucoup plus élevée (8%) que les autres jours. (À droite) Le 4 juillet 2018 a une absorption de phytoplancton beaucoup plus élevée et a également le pourcentage le plus élevé des quatre principaux contributeurs (97%), les autres groupes restant en très petites quantités. (Image de Taylor Bowen)

Pourquoi devrions-nous nous en soucier?

Le phytoplancton constitue la base du réseau trophique de l'écosystème océanique. Savoir quels facteurs environnementaux ont un impact sur la diversité et l'abondance du phytoplancton peut aider à maintenir l'écosystème marin. Le changement climatique et l’acidification des océans continuant d’affecter les facteurs environnementaux de l’océan, le phytoplancton peut être affecté négativement par ces changements. Nous pouvons utiliser des études comme celle-ci pour suivre ces changements et commencer à travailler pour atténuer ces problèmes avant qu’ils ne deviennent dévastateurs pour les communautés de phytoplancton et, par extension, pour le reste des organismes océaniques.

Je suis doctorant à la Northeastern University de Boston. J'étudie la régénération du système nerveux dans les salamandres d'eau appelées axolotls. Pendant mon temps libre, j'aime lire de la science-fiction, cuisiner, me promener dans Boston et trouver des articles scientifiques sympas.

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