Des modèles 3D offrent un aperçu sans précédent de la réponse des coraux aux phénomènes de blanchissement

Dans une étude publiée le 31 juillet dans la revue PLOS ONEDes biologistes marins de l’Institution d’océanographie Scripps de l’Université de Californie à San Diego et de l’Université d’État de l’Arizona offrent un aperçu inédit des réponses de « blanchissement » des coraux au stress, en utilisant une technologie d’imagerie pour déterminer les taux de survie des coraux après de multiples événements de blanchissement au large de l’île de Maui.

À l’aide d’une série chronologique de modèles 3D de récifs coralliens de Maui, une équipe de chercheurs dirigée par le Smith Lab de Scripps Oceanography a suivi la réponse au blanchissement de 1 832 colonies de corail de 2014 à 2021. L’ensemble de données sur sept ans a fourni des images détaillées des récifs année par année, permettant à l’équipe d’identifier les modèles de croissance et de survie des coraux à travers des événements de blanchissement séquentiels qui se sont produits en 2015 et 2019.

Les chercheurs ont cherché à faire la distinction entre deux processus différents : la sélection naturelle, où seuls les coraux les plus résistants d’une population survivent, et l’acclimatation, où un corail individuel devient plus tolérant à la chaleur au fil du temps lorsqu’il est exposé au stress thermique.

Bien que certains coraux aient blanchi et soient morts au cours de l’étude, les coraux qui ont survécu aux deux épisodes de blanchissement ont montré des signes encourageants de résilience. Parmi ces survivants, les chercheurs ont trouvé peu de preuves que le blanchissement ait eu un impact sur la croissance des coraux au fil du temps. Cette découverte inattendue pourrait éclairer les approches de conservation et de restauration des récifs coralliens.

« Il s’agit de l’une des premières études à utiliser ce type de série chronologique pour examiner plusieurs événements de blanchissement des coraux et la manière dont se déroulent les processus d’acclimatation et de sélection », a déclaré l’auteur principal Orion McCarthy, un récent diplômé de Scripps Oceanography qui a mené la recherche en tant qu’étudiant au doctorat.

« Nous avons découvert que les coraux plus anciens, qui sont plus susceptibles d’avoir survécu à de multiples épisodes de blanchissement, pourraient être une bonne source de plantes pour la restauration des coraux. »

Alors que les océans se réchauffent en raison du changement climatique, les récifs coralliens sont menacés par des épisodes de blanchissement. Ces épisodes de réchauffement prolongés stressent les coraux et peuvent finalement conduire à leur mort, mais certains coraux ont réussi à survivre. Des chercheurs du monde entier tentent de comprendre ce qui rend certains coraux plus résistants que d’autres dans le but d’éclairer les projets de restauration des coraux.

Lors des épisodes prolongés de réchauffement des océans, les coraux stressés expulsent les algues bénéfiques qui vivent dans leurs tissus. Les coraux blanchissent alors et « blanchissent ».

Le blanchissement n’entraîne pas la mort immédiate des coraux, mais il les prive de leur principale source de nourriture. Si la température de l’eau reste élevée trop longtemps, le blanchissement peut entraîner une mortalité généralisée des coraux. Cependant, les épisodes de blanchissement de faible à moyenne intensité sont plus susceptibles de laisser derrière eux quelques colonies de coraux survivants. Ces survivants remodèlent la composition du récif et sa réponse aux futurs épisodes de blanchissement.

Les deux événements de blanchissement mesurés dans cette étude étaient tous deux d’intensité modérée, avec une augmentation soutenue des températures de la surface de la mer de plus de 1 degré Celsius (1,8 degré Fahrenheit) pendant plusieurs mois.

Malgré des stress thermiques similaires en 2015 et 2019, les coraux n’ont pas toujours réagi de la même manière. Certains coraux ont blanchi et sont morts après le premier épisode, d’autres n’ont blanchi ni lors des deux épisodes, certains ont blanchi les deux fois mais ont quand même survécu, et certains qui ont blanchi la première fois n’ont pas blanchi la deuxième fois. De plus, les survivants robustes étaient souvent situés juste à côté de coraux plus sensibles qui ont péri, même s’ils appartenaient à la même espèce et ont connu les mêmes conditions environnementales.

Plusieurs espèces de coraux ont montré des signes d’acclimatation au blanchissement, notamment Porites lobata. Les populations de coraux Pocillopora ont été les moins bien loties, avec les taux de survie les plus faibles.

« Sur la base de nos observations, nous recommandons aux praticiens de la restauration à Hawaï de se concentrer sur les colonies de Porites et de Montipora ayant fait leurs preuves en matière de croissance et de survie », a déclaré McCarthy, qui travaille désormais comme responsable scientifique pour Sustainable Surf, une organisation à but non lucratif qui soutient des projets de restauration axés sur les récifs coralliens et d’autres écosystèmes marins.

Les chercheurs attribuent à la technologie 3D innovante le mérite d’avoir permis de détecter des signes d’acclimatation et de sélection qui auraient été difficiles à suivre et à quantifier à l’aide d’études traditionnelles en mer. La série chronologique a été lancée en 2014 par Jennifer Smith, biologiste marine de Scripps Oceanography, co-auteure de l’étude, et son ancienne doctorante Emily Kelly, qui travaille désormais au Forum économique mondial.

Au cours de la dernière décennie, Smith et d’autres membres de son laboratoire, dont McCarthy, ont utilisé l’imagerie à grande surface, ou photogrammétrie, pour capturer un instantané 3D des récifs coralliens sur des sites fixes au large de Maui.

Les scientifiques spécialisés dans la plongée sous-marine utilisent des caméras sous-marines spécialisées pour capturer des milliers d’images superposées du récif, répétant ce processus année après année. En laboratoire, ces images sont traitées à l’aide d’un logiciel avancé qui assemble de manière transparente des milliers d’images 2D pour créer un modèle 3D détaillé du paysage sous-marin.

Leur travail à Maui fait partie d’une initiative plus vaste de surveillance des récifs coralliens appelée 100 Island Challenge, qui vise à décrire les schémas mondiaux de changement des récifs coralliens au fil du temps à l’aide d’images à grande échelle.

« Cette approche a révolutionné notre capacité à étudier les changements à long terme dans les communautés de récifs coralliens à des échelles très fines », a déclaré Smith, professeur de biologie marine à Scripps Oceanography.

« Nous pouvons littéralement observer ces systèmes évoluer en 3D ; nous pouvons observer la croissance et le rétrécissement des coraux et visualiser la manière dont ils réagissent aux facteurs de stress mondiaux. Nous pouvons utiliser les connaissances acquises grâce à cette approche à des fins d’éducation et de sensibilisation, et nos résultats peuvent contribuer à éclairer les mesures de gestion et de conservation. »

McCarthy a comparé le suivi du devenir des coraux à travers de multiples épisodes de blanchissement à l’étude des conséquences sur la santé humaine après de nombreux événements de type pandémique. En suivant les réactions des individus lors d’un seul événement (par exemple, la pandémie de COVID-19), les chercheurs peuvent déduire si certains traits ou qualités sont liés à de meilleurs ou de moins bons résultats en matière de santé.

Si une deuxième pandémie se produisait peu de temps après, les chercheurs pourraient alors examiner ces données pour mieux comprendre qui a survécu à la première pandémie et comment ces survivants se sont comportés lors de la deuxième pandémie. La même logique s’applique aux coraux et aux épisodes de blanchissement.

Les auteurs soulignent que les efforts visant à lutter contre le changement climatique, principal facteur du réchauffement des océans, sont essentiels pour garantir de meilleurs résultats pour les récifs coralliens. Les épisodes de blanchissement graves peuvent entraîner une mortalité généralisée des coraux, ce qui souligne l’urgence d’empêcher de tels effets désastreux en prenant des mesures mondiales pour lutter contre le changement climatique.

« Les récifs coralliens sont dynamiques et le blanchissement ne va pas nécessairement tuer tous les coraux, du moins pas à court terme. Il y a donc encore des raisons d’espérer pour ces récifs et un besoin de conservation active », a déclaré McCarthy.

« Des outils comme la modélisation 3D nous permettent de mieux comprendre quels coraux sont vivants et lesquels ne le sont pas, et nous pouvons utiliser ces informations pour guider les efforts de restauration des coraux. »

En plus de McCarthy et Smith, l’étude a été co-écrite par l’étudiant au doctorat Morgan Winston de l’Université de l’Arizona.