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Une coquille de manège: la survie des ptéropodes à travers les événements d'extinction de masse passés et un aperçu du changement climatique actuel

Révision: Peijnenburg, K. et al. L’origine et la diversification des ptéropodes sont antérieures aux perturbations passées du cycle du carbone terrestre. 1–9 (2020). DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1920918117

C’est un oiseau… C’est un avion… C’est un ptéropode!

Avez-vous déjà entendu parler d'un escargot volant? Rencontrez le ptéropode (avec un «p» silencieux), ou escargot de mer «à pattes d'aile». Ces escargots sont considérés pélagique ce qui signifie qu'ils passent toute leur vie à habiter les eaux libres plutôt qu'à ramper le long du fond marin. Les ptéropodes et autres zooplanctons, tels que le krill, les copépodes et les larves, constituent une source de nourriture majeure pour la plus grande faune des eaux libres, comme les poissons et les baleines. Au cours des échelles de temps évolutives, ces escargots ont aminci ou entièrement perdu leur coquille pour devenir plus léger et ont transformé leur pied en deux ailes pour une nage gracieuse. Ceux sans coquille sont appelés gynosomes, ou anges de mer, et les variétés à coquille sont appelées papillons de mer.

Avec le changement climatique, l'excès de CO2 se dissout dans l'océan, ce qui rend l'eau plus acide. Les molécules de l'océan, comme le carbonate de calcium (que les papillons de mer utilisent pour fabriquer leurs coquilles), tamponnent ou stabilisent naturellement le pH de l'océan (une mesure de l'acidité) en réagissant chimiquement avec le CO2 molécules. Cependant, les niveaux de CO d'origine humaine2 sont si élevés que la disponibilité de ces molécules tampons est significativement plus faible pour les animaux qui en dépendent.

L'effet de l'acidification des océans sur les ptéropodes et sur le réseau trophique qu'ils soutiennent. Figure gracieuseté de la NOAA.

Expériences à court terme en laboratoire où des ptéropodes décortiqués sont exposés à de futures concentrations de CO2 montrent une capacité réduite à construire des coquilles résultant en des coquilles plus minces qui se dissolvent rapidement et causent même la mortalité. Ces résultats frappants ont inquiété de nombreux chercheurs quant au fait que les ptéropodes, comme de nombreux autres animaux dépendants des ions carbonate de calcium, pourraient être menacés d'extinction en raison de l'acidification des océans.

Contrairement au processus graduel d'acidification des océans dans la nature, les expériences en laboratoire ne fournissent souvent pas des périodes d'ajustement adéquates pour les animaux en raison de contraintes de temps. Par conséquent, les résultats d’expériences en laboratoire peuvent plutôt mesurer la réponse des animaux à un changement soudain plutôt que la façon dont ils s’adapteront à l’acidification des océans au fil du temps. Néanmoins, la meilleure expérience à long terme sur la survie est l'évolution pour laquelle nous manquons d'informations sur les ptéropodes. Des questions telles que «quand les ptéropodes sont-ils apparus?» Et «comment ils ont évolué au fil du temps» peuvent fournir de meilleures preuves à long terme de leur survie et des aperçus sur la façon dont ils pourraient se comporter au siècle prochain contre l'acidification des océans. Telles sont les questions auxquelles le Dr Peijnenburg et ses collègues ont cherché à répondre.

Reconstruire le passé

Les ptéropodes ont été identifiés pour la première fois dans les archives fossiles du Campanien (il y a environ 72 millions d'années). Cependant, ils n'apparaissent pas en abondance jusqu'au Paléogène (il y a environ 56 millions d'années). Les archives fossiles des ptéropodes sont particulièrement délicates à reconstituer. Les gynosomes, ceux sans coquille, ne se conservent pas bien, voire pas du tout, et ceux avec des coquilles finissent souvent par se dissoudre ou être endommagés après avoir coulé dans les profondeurs de l'océan. Pour compléter les archives fossiles, les scientifiques reconstruisent les voies évolutives en cartographiant les espèces sur un arbre (spécifiquement appelé arbre phylogénétique) où la racine représente un ancêtre commun et les branches représentent des espèces apparentées. Pour leurs recherches, le Dr Peijnenburg et son équipe ont collecté des ptéropodes, à la fois décortiqués et non décortiqués, de l'océan Atlantique et ont extrait l'ADN de toutes les espèces. Ils ont utilisé un logiciel pour construire un arbre phylogénétique à partir de l'ADN des ptéropodes et l'ont calibré sur le registre fossile horodatant les branches pour permettre des interprétations relatives aux événements géologiques.

Qu'ont-ils trouvé?

Le Dr Peijnenburg et ses collègues ont découvert que les deux principaux groupes de ptéropodes, les papillons de mer et les anges de mer, provenaient d'escargots et de limaces vivant sur les fonds marins au début du Crétacé, il y a environ 139,1 millions d'années. Cette date précède de loin les premiers fossiles enregistrés. Si les ptéropodes ont divergé si tôt, cela signifie qu'ils ont survécu à de multiples perturbations mondiales majeures et aux événements d'extinction associés. Notamment, les ptéropodes ont survécu à l'extinction de masse Crétacé – Paléogène (ou limite K – Pg). Vous savez, celui où un astéroïde géant a probablement frappé la péninsule du Yucatán et anéanti 75% des espèces (y compris tous les dinosaures non volants) de l'impact direct d'un météore ou de ses effets secondaires (comme les pluies acides, l'acidification des océans ou l'effondrement du réseau trophique ). C'est celui-là. Qu'en est-il du maximum thermique paléocène-éocène (PETM), un changement majeur dans le climat de la Terre il y a environ 56 millions d'années, considéré comme analogue à l'acidification des océans d'aujourd'hui? Les ptéropodes ont également survécu à cet événement de changement climatique mondial!

Arbre phylogénétique des ptéropodes des ptéropodes gynosomes (non écossés) et des ptéropodes cosomes (écossés) collectés par les auteurs Les blocs de couleur ombrés représentent les principales branches de l'arbre et montrent des espèces étroitement apparentées. Pouvez-vous dire par les images des animaux quels individus sont d'espèces similaires? Figure gracieuseté de Peijnenburg et al. 2020. DOI: 10.1101 / 813386

Cela signifie-t-il que les ptéropodes sont «sûrs»?

Si les ptéropodes faisaient preuve de résilience aux perturbations climatiques passées majeures, ils pourraient survivre au changement climatique actuel, n'est-ce pas? Pas nécessairement. Parce que les archives fossiles des ptéropodes sont incomplètes en raison de leur manque de coquille ou de coquille fragile, nous ne saurons jamais combien d'espèces ont disparu de ces événements et sont tout simplement absentes des archives fossiles. De plus, la preuve que les ptéropodes ont survécu à des événements d'extinction majeurs ne garantit pas qu'ils résisteront à l'événement d'extinction actuel causé par l'homme, l'événement d'extinction de l'Holocène. Cette incertitude repose sur le fait que notre CO actuel2 le taux de production dépasse de loin tous les records des 66 derniers millions d'années d'au moins 10 fois. Les auteurs suggèrent que les changements mondiaux actuels ne ressemblent à rien de ce que tout animal a connu auparavant en termes de vitesse ou d'intensité. Par conséquent, nous ne pouvons pas nous attendre à ce que les ptéropodes soient résistants aux changements climatiques anthropiques.

Gabrielle Stedman, océans, 19 octobre 2020. Article.

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