Grégory Beaugrand - Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité

Impacts des changements climatiques sur la
biodiversité, le fonctionnement des écosystèmes et les
services écosystémiques: aspects marins
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: [email protected]
Maison des océans / Institut océanographique 6 Novembre 2014
1
La biodiversité
Biodiversité = l’ensemble des formes vivantes sur notre planète. Elle est
appréciée à trois niveaux organisationnels principaux: (1) gènes, (2)
espèces, (3) écosystèmes.
Biodiversité : 1,4 million d’espèces décrites (11 million d’espèces
estimées), produit de plus de 3 milliards d’années d’évolution.
Wikipédia
Source: Mora et collègues (2011); Chauvet & Olivier (1993)
IFREMER
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)
IFREMER
La biodiversité marine
2002-2003: 1635 espèces marine découvertes
Cetomimidae
131 espèces de poisson
Une nouvelle espèce de cétacé
(Mesoplodon perrini)
439 espèces de crustacé
354 mollusques
106 annélides
……….
Source: Bouchet (2006)
La biodiversité marine n’est pas uniformément répartie
Océan = 71% de la surface terrestre (profondeur moyenne de 3,8km)
5
La biodiversité marine
Rouge:
Bleu:
forte biodiversité
faible biodiversité
6
La biosphère océanique est divisée en biomes et provinces
Source: Reygondeau et al (2014) Global Biogeochemical Cycle.
Le climat influence fortement les écosystèmes marins
et leurs biodiversités. Le changement climatique
anthropique aura des effets majeurs sur ces systèmes
1. Changements phénologiques
Phénologie = étude des rythmes biologiques
(ex: période de reproduction des espèces).
Les changements phénologiques: Protoperidinium.
Mean abundance
12000
10000
8000
1989-1995
1960-1988
6000
4000
2000
0
Jan Feb Mar AprMayJun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Months
Source: Edwards et al. (2002)
Régime thermique froid en mer du Nord
1960-1979
100
Coincidence entre
la présence des larves
et des proies
Abondance
80
60
Proies
40
20
0
Larves
Larves
1
2 3
4 5 6
Mois
7 8 9 10 11 12
11
Régime thermique plus doux en mer du Nord
1990-2005
Découplage
(déséquilibre trophique)
100
Abondance
80
Proies
(1980-2000)
60
40
20
0
Larves
1
2 3
4 5 6
Mois
7 8 9 10 11 12
12
2. Changements biogéographiques
.
Espèces tempérées
chaudes
Espèces tempéréesfroides
Nombre moyen d’espèce par assemblage de copépodes
14
Augmentation de la biodiversité en mer du Nord
Richesse
spécifique
.
Années
Observé aussi chez les poissons (Hiddink & Hofstede 2008)
Taille moyenne des copépodes
Nanisme adaptatif
.
Observé aussi chez les poissons
Biodiversité
(Gini)
Biodiversité
Biodiversité (Gini)
Conséquences des changements de biodiversité pour la
survie des larves de morue
Probabilité d’occurrence de la morue
Diminution de
la taille
Proie moins
énergétique
1960
Diminution de la
survie des larves
1980 2000
de morue
Conséquence des changements de biodiversité sur
l’exportation de carbone dans l’Atlantique Nord-Est
Cold period: 1964-1981
CO2
Warm period: 1987-2002
CO2
• Augmentation du métabolisme de l’écosystème (et respiration)
• Diminution de l’exportation
• Conséquence pour la pompe biologique océanique
18
•(difficile à quantifier)
Mouvement de la biodiversité
Chironex sp.
Cuboméduse
(la guêpe de mer)
Crabe tacheté des rochers
Source: http://www.flmnh.ufl.edu/reefs/guamimg/crustacea/xanthidae/Page1.html
3. Changements locaux de biodiversité
.
Source: http://www.otago.ac.nz/parasitegroup/projects.html
Liens entre changements de biodiversité du plancton et la
morue en mer du Nord
1958
1961
1964
1967
1970
1973
1976
1979
1982
1985
1988
1991
1994
1997
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
6.1
5.9
5.7
5.5
5.3
Total co d biomass
(in red)
Biological parameters
(PC1, in black)
En noir, composition planctonique
En rouge, la biomasse totale de la morue
22
Source: Pauly et al. 2002
23
4. Changements abrupts de biodiversité
.
Changements écosystémiques abrupts
Atlantique nord-est
Source: Luczak et al (2011), Biology Letter
1960
1980
2000
5. Théorisation et scénarisation
.
The MacroEcological Theory on the Arrangement of Life:
the METAL theory
73-80% de la superficie totale des océans
aura subi des modifications significatives
d’ici 2041-2060 pour une intensité de
réchauffement moyenne à forte.
Diversité
Observé
Années
The MacroEcological Theory on the Arrangement of Life:
the METAL theory
73-80% de la superficie totale des océans
aura subi des modifications significatives
d’ici 2041-2060 pour une intensité de
réchauffement moyenne à forte.
Diversité
Observé
Théorie
Années
6. Scénarisation
.
Diminution des prises maximales potentielles en 2051-2060 par
rapport à 2001-2010 (SRES A1B)
1000 espèces exploitées
considérées
Source: IPCC WG II 2014
Raybaud et al (soumis)
Etude des changements de distribution de la coquille SaintJacques (Pecten maximus)
SRES SCENARIO A2
Current conditions
2050-2059
2090-2099
1
0.6
0.4
0.2
Probabilité de présence
0.8
0
Contraction de la distribution: Contraction d’autant plus forte que l’intensité du
réchauffement est forte (5 modèles AO-GCM utilisées)
Disparition de la coquille Saint-Jacques le long des côtes françaises?
Source: Rombouts et al. (2012)
Distribution spatiale de l’anchois (Engraulis encrasicolus)
En 2090-2099
Distribution actuelle
Fin du siècle
Fin du siècle
Scénario 4.5
Scénario 8.5
Intensité du réchauffement
Source: Raybaud
Raybaud et
et al
al (soumis)
(soumis)
Conclusions
Nous comprenons beaucoup mieux les types de réponses de la
biodiversité face aux changements climatiques. Cette meilleure
compréhension est liée aux programmes de suivi de l’environnement
marin. Il est essentiel de poursuivre ces programmes, de les étendre,
de les standardiser d’un pays à un autre. L’absence de programme de
suivi adapté risque de devenir le facteur limitant dans les prochaines
années.
Théoriser les effets du climat sur la biodiversité est important. Des
théories commencent à être esquissée. Elles permettront de mieux
comprendre et anticiper les effets du réchauffement global sur la
biodiversité et les services de régulation et d’approvisionnement.
Projection de la distribution spatiale de la morue pour la fin du siècle
(scénario A1B)
Probabilité de présence
Probabilité de présence
Source: Beaugrand et al. (2011)
7. Acidification
.
Conséquence de l’acidification sur la biodiversité marine
Effet négatif sur la calcification
Coccolithophore Calcidiscus leptoporus
PCO2=320 µatm
PCO2=780-850 µatm
Dégradation évidente des coccosphères
Ne pas généraliser à l’ensemble des organismes calcifiant
L’expérience a duré ~9 jours
Source: Ulf Riebesell (GEOMAR, Kiel)
Conséquence de l’acidification sur la biodiversité marine
Effet positif
PCO2=400 ppm
PCO2=2800 ppm
Blue crab
(Callinectes sapidus)
American lobster
(Homarus americanus)
L’expérience a duré 60 jours
Source: Ries et al (2009)
Acidification: attention aux effets de la température
60000
40000
4200
4200
Total number of species
Source: IPCC WG II 2014
Acidification: attention aux effets de la température
Haliotis
coccoradiata
Source: Byrne (2011); Oceanography and marine biology:
An annual review.
Source: Beaugrand et al 2013 NCC
The MacroEcological Theory on the Arrangement of Life:
the METAL theory
La théorie METAL explique comment la biodiversité
s’organise et comment elle est affectée par les
changements environnementaux, y-compris les
changements climatiques
Ecological niche, nonequilibrium ecology (niche vacancy,
higher rates towards the poles), principle of competitive
exclusion of Gause…
Source: Beaugrand (2012), Beaugrand et al (2013), Beaugrand et al (2013),
Beaugrand et al (2014), Beaugrand (2014), Beaugrand (2015)
Phytoplankton
Meroplankton
Holozooplankton
Fish
42
Dynamiques saisonnières des biomes et provinces
M
Utilisation du nouveau modèle de niche NPPEN mise en place au sein de BIOCLIM (2011)
Source: Reygondeau et al (2014) Global Biogeochemical cycles
Réorganisation des grands biomes et provinces océaniques
M
Utilisation des nouveaux scénarios climatiques RCP (IPCC 2013)
Source: Thèse de Gabriel Reygondeau ([email protected])
Le plancton végétal: à suivre avec attention….
Substance diarrhéique (DSP):
4000 cas en France (1984-1986)
Dinophysis
Substance paralytique (PSP):
300 cas aux Philippines (1983)
21 morts
Alexandrium
Phytoplankton
Meroplankton
Holozooplankton
Fish
46