Des microbes peu connus pourraient être un signal d’alerte précoce du point de basculement climatique

L’augmentation des niveaux de chaleur pourrait conduire le plancton océanique et d’autres organismes unicellulaires vers un seuil de carbone, ce qui pourrait potentiellement exacerber le réchauffement climatique. Cependant, des études récentes suggèrent qu’il pourrait être possible d’identifier les signes avant-coureurs avant que ces organismes n’atteignent ce point critique.

Un groupe de scientifiques qui étudient une classe de microbes répandue mais souvent négligée ont découvert une boucle de rétroaction climatique qui pourrait intensifier le réchauffement climatique. Cependant, cette découverte s’accompagne d’une doublure argentée : cela pourrait aussi être un signal d’alerte précoce.

À l’aide d’une simulation informatique, des chercheurs de l’Université Duke et de l’Université de Californie à Santa Barbara ont démontré qu’une grande majorité du plancton océanique mondial, ainsi que de nombreux organismes unicellulaires habitant les lacs, les tourbières et d’autres écosystèmes, pourraient atteindre un point de basculement. Ici, au lieu d’absorber du dioxyde de carbone, ils commencent à faire le contraire. Ce changement est le résultat de la façon dont leur métabolisme réagit au réchauffement.

Parce que le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre, cela pourrait à son tour faire augmenter davantage les températures – une boucle de rétroaction positive qui pourrait conduire à un changement incontrôlable, où de petites quantités de réchauffement ont un impact démesuré.

Mais en surveillant attentivement l’abondance de ces organismes, nous pourrions être en mesure d’anticiper le point de basculement avant qu’il n’arrive ici, rapportent les chercheurs dans une étude publiée le 1er juin dans la revue Écologie fonctionnelle.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs se sont concentrés sur un groupe de minuscules organismes appelés mixotrophes, ainsi nommés parce qu’ils mélangent deux modes de métabolisme : ils peuvent photosynthétiser comme une plante ou chasser la nourriture comme un animal, selon les conditions.

«Ils sont comme les

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>Vénus[{“attribute=””>Venus pièges à mouches du monde microbien », a déclaré le premier auteur Daniel Wieczynski, associé postdoctoral à Duke.

Pendant

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>photosynthèse[{“attribute=””>photosynthesis, ils absorbent le dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre piégeant la chaleur. Et quand ils mangent, ils libèrent du dioxyde de carbone. Ces organismes polyvalents ne sont pas pris en compte dans la plupart des modèles de réchauffement climatique, mais ils jouent un rôle important dans la régulation du climat, a déclaré l’auteur principal Jean P. Gibert de Duke.

La plupart du plancton dans l’océan – des choses comme les diatomées, les dinoflagellés – sont des mixotrophes. Ils sont également fréquents dans les lacs, les tourbières, les sols humides et sous les feuilles mortes.

“Si vous deviez aller à l’étang ou au lac le plus proche et prendre une tasse d’eau et la mettre sous un microscope, vous trouveriez probablement des milliers, voire des millions de microbes mixotrophes nageant autour”, a déclaré Wieczynski.

“Parce que les mixotrophes peuvent à la fois capturer et émettre du dioxyde de carbone, ils sont comme des” interrupteurs “qui pourraient soit aider à réduire le changement climatique, soit l’aggraver”, a déclaré la co-auteure Holly Moeller, professeure adjointe à l’Université de Californie à Santa Barbara.

Pour comprendre comment ces impacts pourraient s’intensifier, les chercheurs ont développé un modèle mathématique pour prédire comment les mixotrophes pourraient passer d’un mode de métabolisme à l’autre à mesure que le climat continue de se réchauffer.

Les chercheurs ont exécuté leurs modèles en utilisant une plage de températures de 4 degrés, de 19 à 23 degrés

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>Celsius[{“attribute=””>Celsius (66-73 degrés

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>Fahrenheit[{“attribute=””>Fahrenheit). Les températures mondiales devraient grimper de 1,5 degré Celsius au-dessus des niveaux préindustriels au cours des cinq prochaines années, et devraient dépasser de 2 à 4 degrés avant la fin de ce siècle.

L’analyse a montré que plus il fait chaud, plus les mixotrophes comptent sur la consommation de nourriture plutôt que sur la fabrication des leurs via la photosynthèse. Ce faisant, ils modifient l’équilibre entre le carbone entrant et le carbone sortant.

Les modèles suggèrent que, finalement, nous pourrions voir ces microbes atteindre un point de basculement – un seuil au-delà duquel ils basculent soudainement du puits de carbone à la source de carbone, ayant un effet de réchauffement net au lieu d’un effet de refroidissement.

Ce point de basculement est difficile à défaire. Une fois qu’ils franchissent ce seuil, il faudrait un refroidissement important – plus d’un degré Celsius – pour restaurer leurs effets de refroidissement, suggèrent les résultats.

Mais ce ne sont pas toutes de mauvaises nouvelles, ont déclaré les chercheurs. Leurs résultats suggèrent également qu’il peut être possible de repérer ces changements à l’avance, si nous surveillons les changements d’abondance des mixotrophes au fil du temps.

“Juste avant un point de basculement, leurs abondances commencent soudainement à fluctuer énormément”, a déclaré Wieczynski. “Si vous alliez dans la nature et que vous voyiez un changement soudain d’abondances relativement stables à des fluctuations rapides, vous sauriez que cela arrive.”

La détection du signal d’alerte précoce peut cependant dépendre d’un autre facteur clé révélé par l’étude : la pollution par les nutriments.

Les rejets des installations de traitement des eaux usées et le ruissellement des fermes et des pelouses contenant des engrais chimiques et des déchets animaux peuvent envoyer des nutriments comme le nitrate et le phosphate dans les lacs, les ruisseaux et les eaux côtières.

Lorsque Wieczynski et ses collègues ont inclus des quantités plus élevées de ces nutriments dans leurs modèles, ils 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.

Les prédictions du modèle doivent encore être vérifiées avec des observations du monde réel, mais elles “mettent en évidence la valeur d’investir dans la détection précoce”, a déclaré Moeller.

“Les points de basculement peuvent être de courte durée et donc difficiles à attraper”, a déclaré Gibert. “Ce document nous fournit une image de recherche, quelque chose à surveiller, et rend ces points de basculement – aussi éphémères soient-ils – plus susceptibles d’être trouvés.”

Référence : « Les microbes mixotrophes créent des points de basculement du carbone sous le réchauffement » par Daniel J. Wieczynski, Holly V. Moeller et Jean P. Gibert, 31 mai 2023, Écologie fonctionnelle.
DOI : 10.1111/1365-2435.14350

L’étude a été financée par la Fondation Simons, la National Science Foundation et le Département américain de l’énergie.