Présentes dans les lacs et les rivières du monde entier, les créatures unicellulaires comme ces Paramecium bursaria peuvent à la fois se nourrir et réaliser la photosynthèse. Les microbes de ce type jouent un double rôle dans le changement climatique, en libérant ou en absorbant du dioxyde de carbone – le gaz à effet de serre qui retient la chaleur et qui est le principal facteur de réchauffement – selon qu’ils adoptent un mode de vie animal ou végétal. Crédit : Daniel J. Wieczynski, Université de Duke
Une nouvelle étude révèle que la hausse des températures mondiales pourrait faire passer des communautés microbiennes largement répandues dans le monde de puits de carbone à émetteurs de carbone, ce qui pourrait déclencher des points de basculement dans le changement climatique. Ces résultats ont été récemment publiés dans le journal de la British Ecological Society, Functional Ecology.
- De nouvelles recherches montrent que, sous l’effet du réchauffement climatique, le plancton océanique et d’autres organismes unicellulaires, connus sous le nom de microbes mixotrophes, peuvent passer du statut de puits de carbone à celui d’émetteurs de carbone.
- La recherche montre également que les changements de comportement de ces organismes juste avant qu’ils ne basculent peuvent servir de signal d’alerte précoce pour les points de basculement du changement climatique.
- Toutefois, l’augmentation des niveaux de nutriments dans l’environnement, tels que l’azote provenant du ruissellement agricole, peut atténuer ces signaux d’alerte.
Sommaire
Des puits de carbone aux émetteurs de carbone
Les microbes mixotrophes sont des organismes capables de passer de la photosynthèse comme les plantes (absorption du dioxyde de carbone) à l’alimentation comme les animaux (libération du dioxyde de carbone). Ils sont abondants dans le monde entier, se trouvent couramment dans les eaux douces et les environnements marins, et on estime qu’ils constituent la majorité du plancton marin.
En développant une simulation informatique qui modélise la façon dont les microbes mixotrophes acquièrent de l’énergie en réponse au réchauffement, des chercheurs de l’Université Duke et de l’Université de Californie Santa Barbara ont découvert que dans des conditions de réchauffement, les microbes mixotrophes passent du statut de puits de carbone à celui d’émetteurs de carbone.
Ces résultats signifient qu’avec l’augmentation des températures, ces communautés microbiennes très abondantes pourraient passer d’un effet net de refroidissement de la planète à un effet net de réchauffement.
Le Dr Daniel Wieczynski de l’université Duke et auteur principal de l’étude a déclaré : « Nos résultats révèlent que les microbes mixotrophes ont un effet refroidissant net sur la planète : « Nos résultats révèlent que les microbes mixotrophes jouent un rôle beaucoup plus important qu’on ne le pensait dans les réactions des écosystèmes au changement climatique. En transformant les communautés microbiennes en sources nettes de dioxyde de carbone en réponse au réchauffement, les mixotrophes pourraient encore accélérer le réchauffement en créant une boucle de rétroaction positive entre la biosphère et l’atmosphère. »
Le protiste mixotrophe Paramecium bursaria peut manger des bactéries ou utiliser la photosynthèse pour obtenir de l’énergie et du carbone. La photosynthèse se produit dans les algues endosymbiotiques Chlorella (sphères vertes) qui vivent à l’intérieur des cellules de Paramecium bursaria. Crédit photo : Daniel Wieczynski
Holly Moeller, de l’université de Californie à Santa Barbara et coauteur de l’étude, a ajouté : « Comme les mixotrophes peuvent à la fois capturer et émettre du dioxyde de carbone, ils sont comme des « interrupteurs » qui pourraient soit contribuer à réduire le changement climatique, soit l’aggraver. Ces insectes sont minuscules, mais leur impact peut vraiment s’étendre. Nous avons besoin de modèles comme celui-ci pour comprendre comment ».
Jean-Philippe Gibert, de l’université Duke, et autre coauteur de l’étude, a déclaré : « Les modèles prédictifs de pointe du changement climatique à long terme ne prennent actuellement en compte l’action microbienne que de manière extrêmement réductrice, partielle ou parfois tout simplement erronée. Des recherches comme celle-ci sont donc indispensables pour améliorer notre compréhension des contrôles biotiques sur les processus atmosphériques de la Terre. »
Un système d’alerte précoce
Le modèle des chercheurs a également révélé que juste avant que les communautés de microbes mixotrophes ne passent à l’émission de dioxyde de carbone, leur abondance commence à fluctuer fortement. Ces changements pourraient être détectés dans la nature en surveillant l’abondance des microbes mixotrophes et laissent espérer que ces microbes pourraient servir de signaux d’alerte précoce pour les points de basculement du changement climatique.
Le Dr Wieczynski a déclaré : « Ces microbes pourraient agir comme des signaux d’alerte précoce pour les points de basculement du changement climatique : « Ces microbes peuvent servir d’indicateurs précoces des effets catastrophiques d’un changement climatique rapide, ce qui est particulièrement important dans les écosystèmes qui sont actuellement des puits de carbone majeurs comme les tourbières, où les mixotrophes sont très abondants. »
Cependant, les chercheurs ont également constaté que ces signaux d’alerte précoce peuvent être atténués par l’augmentation de nutriments tels que l’azote dans l’environnement, généralement causée par le ruissellement provenant de l’agriculture et des installations de traitement des eaux usées.
Lorsque des quantités plus importantes de ces nutriments ont été incluses dans les simulations, les chercheurs ont constaté que la plage de températures sur laquelle les fluctuations révélatrices se produisent commence à se réduire jusqu’à ce que le signal disparaisse et que le point de basculement arrive sans avertissement apparent.
« La détection de ces signes avant-coureurs sera un véritable défi. Surtout s’ils deviennent plus subtils avec la pollution par les nutriments ». a déclaré le Dr Moeller. « Cependant, les conséquences d’une absence de détection sont énormes. Nous pourrions nous retrouver avec des écosystèmes dans un état bien moins souhaitable, ajoutant des gaz à effet de serre à l’atmosphère au lieu d’en éliminer. »
Dans l’étude, les chercheurs ont effectué des simulations sur la base d’une fourchette de températures de 4 degrés, allant de 19 à 23 degrés Celsius. Les températures mondiales devraient dépasser de 1,5 degré Celsius les niveaux préindustriels au cours des cinq prochaines années, et devraient atteindre 2 à 4 degrés avant la fin de ce siècle.
Les chercheurs précisent que la modélisation mathématique utilisée dans l’étude s’appuie sur des données empiriques limitées pour étudier les effets du réchauffement sur les communautés microbiennes. Le Dr Wieczynski a déclaré : « Bien que les modèles soient des outils puissants, les résultats théoriques doivent en fin de compte être testés de manière empirique. Nous plaidons fortement pour que nos résultats fassent l’objet d’autres tests expérimentaux et observationnels. »
Référence : « Mixotrophic microbes create carbon tipping points under warming » par Daniel J. Wieczynski, Holly V. Moeller et Jean P. Gibert, 31 mai 2023, Functional Ecology.
DOI : 10.1111/1365-2435.14350
L’étude a été financée par la Simons Foundation, la National Science Foundation et le ministère américain de l’énergie.