Comment le phytoplancton est réparti dans le monde

Le phytoplancton marin n'est pas seulement très riche en espèces - il en existe entre 10 000 et 20 000 différentes dans le monde -, il est aussi extrêmement important pour les écosystèmes marins et pour toute la vie sur cette planète. Le plancton végétal produit par exemple plus d'oxygène que toutes les forêts tropicales réunies. En outre, il est à la base de la cha?ne alimentaire marine.

Jusqu'à présent, la science ne savait que peu de choses sur la présence géographique et saisonnière de la diversité phytoplanctonique. Certes, de nombreuses espèces sont connues, mais le moment et l'endroit où elles apparaissent restent largement inexplorés. Or, il s'agit d'une grave lacune dans les connaissances, compte tenu de l'appauvrissement de la biodiversité à l'échelle mondiale. Début mai, le Conseil mondial de la biodiversité a constaté dans son dernier rapport qu'un quart de toutes les espèces vivant sur la planète sont menacées d'extinction par les activités humaines et le changement climatique. Or, de nombreuses espèces importantes, notamment celles des plus petits habitants des océans, le plancton, n'ont pas été décrites à ce jour, ou seulement de manière insuffisante.

Une équipe de chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL) a désormais réduit cette lacune de connaissances. Dans une étude récemment publiée dans la revue spécialisée page externeScience Advances paru en 2009, ils ont modélisé la présence spatiale et temporelle de plus de 530 espèces de phytoplancton. Environ 700'000 échantillons d'eau provenant de toutes les mers du monde ont servi de base pour les cartes de répartition.

Des mers tropicales riches en espèces

Il s'est avéré que les eaux des tropiques sont les plus riches en espèces, et ce quelle que soit la saison. La diversité phytoplanctonique est particulièrement élevée dans les mers de l'archipel indonésien-australien, dans certaines parties de l'océan Indien ainsi que dans le Pacifique équatorial. Dans les régions subtropicales, à partir du 30e degré de latitude, la richesse en espèces du phytoplancton diminue fortement et est minimale vers le 55e degré de latitude. Vers les p?les, la diversité augmente à nouveau légèrement.

"Ce qui nous a étonnés, c'est qu'il y a une plus grande diversité chez les Polonais, mois par mois, que dans les latitudes moyennes", explique le premier auteur de l'étude, Damiano Righetti. Il est doctorant auprès du professeur de l'ETH Nicolas Gruber et de la Senior Scientist Meike Vogt. "Car normalement, la température est le facteur déterminant qui contr?le la répartition des espèces et la richesse en espèces".

Vers les p?les, l'abondance des espèces diminue habituellement de manière continue et est la plus faible aux p?les. Une telle chute pourrait être directement entra?née par la température. Selon la théorie métabolique, des températures plus élevées accélèrent le métabolisme, les mutations du patrimoine génétique et la spéciation. C'est pourquoi, comme on pouvait s'y attendre, les tropiques sont plus riches en espèces que les latitudes moyennes et les régions polaires.

Les latitudes moyennes étonnamment pauvres en espèces

Le phytoplancton ne "respecte" donc pas partout cette théorie. Apparemment, il existe d'autres facteurs que la température qui influent sur la diversité du plancton, explique Righetti. L'un de ces facteurs serait l'existence de forts courants et de turbulences dans les latitudes moyennes, mais moins dans les mers polaires ou tropicales. "Les variations saisonnières naturelles et les turbulences de l'océan pourraient supprimer le développement de la diversité des espèces biodiversité, bien que les températures y soient plus élevées que dans les mers polaires", explique l'écologiste.

Righetti et ses collègues ont en outre découvert que la diversité du phytoplancton dans les latitudes moyennes - contrairement aux tropiques - varie fortement selon les saisons. Le nombre d'espèces dans les latitudes moyennes est certes constant dans le temps, mais la composition des espèces varie au cours de l'année. "Contrairement aux mers tropicales, il y a là une grande dynamique temporelle qui n'a encore pratiquement jamais été étudiée".

Prélever des échantillons pendant les passages de bateaux

Pour établir les cartes de la répartition de la diversité du phytoplancton, Righetti a développé un modèle informatique en collaboration avec le professeur de l'ETH Niklaus Zimmermann et d'autres collègues du WSL. Ils l'ont alimenté avec des données d'observation et ont ainsi calculé quand telle espèce appara?t et où, et ce avec une résolution temporelle d'un mois.

Les données d'observation proviennent d'échantillons d'eau collectés lors de voyages de recherche et le long de routes de navigation normales. Des spécialistes ont ensuite déterminé au microscope les espèces contenues dans les échantillons. Au fil du temps, une énorme collection de données d'observation de plusieurs milliers d'espèces a ainsi été constituée.

Cependant, la collecte n'est pas uniformément répartie sur les océans du monde et ne couvre pas toutes les saisons dans de nombreuses régions. L'Atlantique Nord est très bien couvert gr?ce à l'initiative de chercheurs britanniques, mais une grande partie des autres océans ne l'est que très peu. Les chercheurs de l'ETH ont compensé cette distorsion par le calcul dans leurs modèles.

L'importance de ces cartes de répartition ne réside pas seulement dans le fait qu'elles sont les premières à couvrir le phytoplancton. Elles permettent également de faire des prédictions sur la manière dont la diversité du plancton végétal pourrait évoluer dans des conditions climatiques modifiées. Dans le cadre du changement climatique, la répartition des organismes marins pourrait changer en raison de températures de l'eau plus chaudes. "Cela pourrait avoir de graves répercussions sur l'ensemble de la cha?ne alimentaire marine", explique Righetti.