Changements climatiques et biodiversité marine

10/06/2015
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Changementsclimatiquesetbiodiversité
marine
GrégoryBeaugrand
CentreNationaldelaRecherche scientifique (CNRS)
SectionSystème Terre:enveloppes superficielles
Laboratoire d’Océanologie etdeGéosciences
StationMarineWimereux
Université dessciencesettechnologiesdeLille1
BP80,62930Wimereux
France
Email: Gregory.Beaugrand@univ‐lille1.fr
Aix‐en‐Provence;le10Juin2015
Labiodiversité
Source:Moraetcollègues(2011);Chauvet&Olivier(1993)IFREMER
Biodiversité =l’ensembledesformesvivantessurnotreplanète.Elleest
appréciéeàtroisniveauxorganisationnelsprincipaux:(1)gènes,(2)
espèces,(3)écosystèmes.
Biodiversité:2milliond’espècesdécrites(11milliond’espèces
estimées),produitdeplusde3milliardsd’annéesd’évolution.
Wikipédia
Biodiversité:comparaison aveclemilieu
terrestre
17phyla sontprésentsenmilieuterrestre
(unseulendémique)
33phyla sontprésentsdanslemilieumarin
(16endémiques)
33phyla présentsdansledomainebenthique
15dansledomainepélagique
Labiodiversitémarine
194,409espècedécrites
2,2milliond’espècesestimées
Ilreste91%d’espècesàinventorier
Source:Moraetcollègues(2011)
Attention,d’autresestimationsexistent:250,000espècesmarines,voire
plus.
IFREMER
Labiodiversitémarine
2002‐2003:1635espècesmarinedécouvertes
Unenouvelleespècedecétacé
(Mesoplodon perrini)
131espècesdepoisson
Cetomimidae
439espècesdecrustacé
354mollusques
106annélides
……….
Source:Bouchet(2006) 6
Labiodiversitémarinen’estpasuniformémentrépartie
Océan=71%delasurfaceterrestre(profondeurmoyennede3,8km)

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Source:Reygondeau etal(2014)GlobalBiogeochemicalCycle.
Labiosphère océanique est divisée en biomesetprovinces Réponsedelabiodiversitéfaceauxchangementsclimatiques
4typesderéponsesauniveauspécifique
1. Ajustementcomportementalou/etphysiologique
2. Adaptationévolutive
3. Ajustementdeladistributiondansletempsoul’espace
4. Extirpationlocaleouextinction
Réponsedelabiodiversitéfaceauxchangementsclimatiques
Al’échelled’unecommunauté/écosystèmes
1. Restructurationdescommunautés
A. Changementsàlong‐terme
B.Changementsbrutaux
2.Nouvellespropriétés
A. Nanismeadaptatifeteffetssurlesservices
écosystémiques(approvisionnementetrégulation)
B.Nouvellesinteractions?
C.Biodiversité
1.Ajustement comportemental ou physiologique
A. Ajustement comportemental
Niveauorganisationneldel’espèce
Effet de la température à l’échelle individuelle:
Caenorhabditis elegans
Thenematode searched actively fortheisotherm 20°C
Thermotaxis
Source:Chapperon &Seuront,2011,Space–timevariability inenvironmental thermal
properties andsnail thermoregulatory behaviour,Functional Ecology,25,1040‐1050.
Comportementthermotactique (1)
Nerita atramentosa
MarinoRocks,SouthAustralia

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Source:Chapperon &Seuront (2011)
Comportementthermotactique (2)
Mangrove:racine
depalétuvier
1.Ajustement physiologique
A. Ajustement physiologique
Niveauorganisationneldel’espèce
Effet de la température à l’échelle individuelle:
Vitesse des réactions enzymatiques
151515
Source:Beaugrand (2015)RoutledgeEarthscan Oceans,474pages.
LaloideVant’Hoff stipulequelavitessedesréactionsenzymatiquesest
contrôléeparlatempérature.Lecoefficientquimesurecettedépendence est
leQ10.
Effet de la température à l’échelle individuelle:
Réactions physiologiques
161616
Source:Beaugrand (2015)RoutledgeEarthscan Oceans,474pages.
ExpériencedeFrederich andPortner (2000)sur
l’araignéedemer(Majasquinado)
Danslerangoptimal,l’étendueaérobie(fullaerobic
scope)estmaximale.LapressionpartielleenO2de
l’hémolympheestmaximale.Lacroissanceetla
reproductionsontmaximales.
LorsquelatempératurePejus (« devenantpire »)est
atteinte(zonePejus),laPO2 diminueetl’énergieallouée
pourlareproductionetlacroissancediminue.
Alatempératurecritique(Tc),onrentredanslazone
pessimum oùlemétabolismeanaérobiesemetenplace
etoùlasurviedevientlimitéedansletemps.
Laréponsedel’organismefaceàunstress
hypothermiqueethyperthermiqueestdifférente.
ImagesINTERNET
Effet de la température à l’échelle individuelle:
Réactions physiologiques
171717
Source:Beaugrand (2015)RoutledgeEarthscan Oceans,474pages.
ImagesINTERNET
Conceptdelanicheécologique
(Hutchinson)
Source:DrBerkelmans
TheGreatBarier Reef
(February 2006);
bleaching ofAcropora formosa
30%ofallcorals died during this event
Stresshyperthermique
29.2°C
Bleaching event
Source:Beaugrand (2015);simplified from Hoegh‐Guldberg(1999)
FrenchPolynesia (Tahiti)

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2. Adaptation évolutive
Niveauorganisationneldel’espèce
Thesecondtypeofspeciesresponsetoanthropogenicclimatechangeisadaptive
evolution.Amodificationinlife‐historyorfunctionaltraitsisconsideredtobe
adaptiveifthealteredphenotypeconferstotheindividualanadvantageinthe
newenvironment;inotherwords,ifthenewphenotypeincreasesindividual
fitness (609).Adaptation embracesbothphenotypicplasticityandevolutionary
(geneticallybased)changes.Thelimitsbetweenthetwoprocessesarefuzzy.
191919
Source:Beaugrand (2015)RoutledgeEarthscan Oceans,474pages.
2. Adaptation évolutive
Plasticité phénotypique
Niveauorganisationneldel’espèce
Phenotypicplasticityistheabilityofasinglegenotypetoproducedifferentphenotypes.
Source:Padilla &Savedo 2013
2. Adaptation évolutive
Niveauorganisationneldel’espèce
Source:Stillman (2003);Beaugrand (2015);Helaouet &Beaugrand (2009)
ImageINTERNET
Petrolisthes hirtipes
P.gracilis
Petrolisthes cinctipes
P.eriomerus
Petrolisthes hirtipes
P.gracilis
Petrolisthes cinctipes
P.eriomerus
Lower TLofcardiac functions
Upper TLofcardiac functions
Est‐cequel’ajustementphysiologique,
comportementaletl’adaptationévolutive
(plasticitéphénotypique)pourrontopérer
silechangementclimatiqueestrapideet
substantiel?
Source:IPCCWGI2013
Evolutiondestempératuresglobales(1850‐2012)
+0,85°C[0,651,06]
entre1880and2012
Réchauffementnonconstantetvariabilitéinterannuelle Source:Knutti,R.andJ.Sedlacek (2013).NatureClimateChange3:369‐373.
Evolutiondestempératuresglobalespourlafindusiècle

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Source : Nicolas Ray et Jonathan M. Adams
Inlandsis Taïga
Steppes and toundra
Déserts aplins et polaires
Toundra
Aujourd’hui
Forets tempérées
20,000 ans
Changement de végétation entre le dernier
maximum glaciaire et notre période
+4/5
°C
Leproblème est lesuivant ….
Ilafallu5000pourqueleréchauffementquiaconduit
ànotreépoqueactuelleprenneplace….
Enunsiècleou2,leréchauffementpourraitêtrede
lamêmeamplitudequ’entrelederniermaximum
glaciaireetl’holocène,cequiaffecteraitfortementla
biodiversité,lefonctionnementdesécosystèmes,les
servicesécosystémiquesetlescycles
biogéochimiquesplanétaires
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Deuxtypesderéponsespotentiellesàuneaugmentation
théoriquede3°C
0 5 10 15 20 2
5
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
L’optimumchange(+3°C)
Temp érat ure(°C)
0 5 10 15 20 25
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
L’optimumchange,
Tmin etTmax (+3°C)
Temp érature (°C)
Probabilitéd’occurrence
272727
Source:Beaugrand (2015)RoutledgeEarthscan Oceans,474pages.
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Nicheconservatismisatendencyofaspeciestopreserve
ancestralecologicaltraitsandenvironmentaldistribution(Crisp et
al.,2009).
Crispandcolleaguesexaminedthehypothesisofphylogenetic
biomeconservatismfor11000plantspecies.Theyfound
strongsupportforthehypothesis,showingthataspecies
rarelychangedbiome.Evolutionarydivergencewasonly
associatedwithbiomeshiftin396events(3.6%)onatotalof
11,000.
Althoughsomedegreeofplasticityispossible(thisindeedcanaffectbiological
projections),speciesareunlikelytochangebiome.
Asubarcticspeciesisunlikelytobecomeawarm‐waterspeciesinaonehundredyear
Source:Crisp etal(2009)Nature
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AltérationspotentiellesdelanichedeC.finmarchicus
292929
Source:Beaugrand etal.(2013)P&O
1960‐1969 2000‐2009
2090‐2099(SRESB1) 2090‐2099(CO2x4)
30
AltérationspotentiellesdelanichedeC.finmarchicus
303030
1960‐1969 2000‐2009
2090‐2099(CO2x4)
2090‐2099(SRESB1)
Source:Beaugrand etal.(2013)P&O