Pourquoi les récifs coralliens meurent

Un plongeur dévide une ligne près d'une colonie blanchie de coraux boulder star à East Flower Garden Bank. Photo publiée avec l'aimable autorisation de la NOAA

Le 25 juillet 2016, des plongeurs récréatifs sur les récifs coralliens près de la bouée 2 de la rive est du sanctuaire marin national de Flower Garden Banks, à 115 milles au large des côtes du Texas et de la Louisiane, ont remarqué quelque chose d'étrange. Le corail, généralement brillant de jaunes et d'oranges vifs, était pâle. Les couleurs étaient en sourdine. Certains étaient d'un blanc pur. L'eau, normalement claire à la profondeur de 70 pieds du récif, était trouble. Lorsque les plongeurs ont regardé de plus près, ils ont vu que de nombreux oursins et mollusques du récif étaient morts. D'autres espèces animales mobiles comme les homards et les crabes étaient vivantes, mais elles avaient grimpé tout en haut des colonies coralliennes, comme si elles essayaient d'échapper à un environnement toxique.

"Il semblait y avoir une limite de profondeur, où la mort s'arrêtait et tout ce qui se trouvait au-dessus était vivant", explique Sarah Davies, professeure adjointe de biologie au Boston University College of Arts & Sciences et experte en coraux, qui a ensuite examiné la scène. "En dessous de cette profondeur, il y avait juste cette couverture de mort. Le corail semblait se dépouiller, ses tissus tombaient et il y avait ce tapis gris d'algues que nous pensons être des bactéries oxydant le soufre."

Les plongeurs récréatifs ont signalé la "mortalité" massive, une vaste zone de coraux mourants, aux autorités du sanctuaire marin, dont les chercheurs ont rapidement été témoins d'une zone morte sans précédent. Le sanctuaire marin national de Flower Garden Banks est connu des biologistes marins pour l'extraordinaire santé de son corail, qui contraste avec les récifs malades d'une grande partie du monde. Au fur et à mesure que la nouvelle se répandait, la mort soudaine en Cisjordanie a alarmé les chercheurs sur les coraux des universités et des instituts océanographiques à travers le pays. Moins d'une semaine après sa découverte, Davies, accompagné de plusieurs chercheurs du Flower Garden Banks National Marine Sanctuary, est monté à bord du R/V Manta à Galveston et s'est dirigé vers le récif.

Ce qu'ils ont trouvé les a intrigués. La zone morte couvrait six acres et demi, et dans une grande partie de cette zone, elle a endommagé 70% du corail, mais la Cisjordanie du sanctuaire, à seulement 12 miles de là, n'a pas été affectée. Les coupables habituels de la mortalité massive des coraux dans le golfe du Mexique - le trafic maritime et les marées noires - ont été rapidement écartés. Davies et ses collègues ont collecté des échantillons de corail le long de la "ligne de lésion" et au-dessus de la ligne de lésion (partie saine de la même colonie) et les ont ramenés au laboratoire.

"Nous enquêtions sur la façon dont tous les gènes répondaient à ce moment-là", dit-elle. "C'est comme une prise de sang ou un test de température pour voir comment le corail se sent."

En fait, les chercheurs sur les coraux comme Davies peuvent généralement dire comment un corail se sent simplement en le regardant. Si sa coloration est brillante, c'est qu'il est florissant. S'il est blanc - "blanchi", comme disent les chercheurs sur les coraux - il est privé de sa principale source de nourriture et peut mourir. C'est parce que le corail tire sa coloration du même endroit où il tire ses nutriments : une algue appelée Symbiodinium, qui vit littéralement à l'intérieur du corps du polype corallien et le nourrit des nutriments produits par la photosynthèse. C'est l'une des relations symbiotiques les plus étranges de la nature. L'algue est une plante. Le polype corallien est un animal qui transforme le carbonate de calcium de l'eau de mer en squelettes durs, qui s'accumulent par millions pour former des récifs sur les océans du monde entier. Ainsi, les coraux sont une combinaison de plantes, d'animaux et de roches, dont aucun ne serait là sans les deux autres.

Les récifs coralliens, qui fournissent des habitats à des milliers de formes de vie marine et protègent les côtes de la haute mer, ont enduré des siècles de coups à cause des opérations de pêche commerciale. Maintenant, aidé par une subvention collaborative RAPID de la National Science Foundation et une bourse de recherche en début de carrière du programme de recherche du Golfe de l'Académie nationale des sciences, Davies tente de mesurer les risques pour les coraux posés par le changement climatique et les conditions météorologiques spécifiques. événements, comme les ouragans.

En février 2017, sept mois après la mort mystérieuse de la Cisjordanie, Davies et environ 40 autres chercheurs - chimistes, biologistes, microbiologistes et océanographes physiques - se sont réunis à Galveston pour partager leurs recherches sur l'événement et présenter leurs théories sur son cause.

"Nous avons tous formulé la même hypothèse générale", déclare Davies. "Mais les mécanismes étaient un peu différents."

Le consensus général a épinglé l'événement mortel sur un "épisode hypoxique", une baisse drastique de l'oxygène dans l'eau qui a permis aux bactéries oxydant le soufre de coloniser. "C'est probablement arrivé en quelques heures", dit Davies. "C'était très court. Mon opinion personnelle sur la façon dont cela s'est passé est que nous ne le saurons jamais, mais il y a eu énormément d'inondations au Texas au cours de la saison précédant la mort."

Trois mois avant la découverte de la mort, pour être précis, de fortes pluies ont laissé tomber 16 pouces d'eau sur Houston en seulement 12 heures. L'événement, connu sous le nom de Tax Day Floods, car il s'est produit les 17 et 18 avril, a gonflé les rivières du sud-est du Texas. Les rivières ont débordé de leurs rives et transporté d'énormes quantités de sédiments dans le golfe du Mexique. Cette inondation, associée à des précipitations exceptionnellement élevées, a finalement provoqué une stratification des eaux au-dessus de la rive est.

"Lorsque cela se produit en conjonction avec un été chaud, vous avez une situation avec de l'eau douce chaude à la surface", explique Davies. "Nous pensons que ces eaux chaudes, combinées à un ruissellement d'eau douce riche en azote, auraient pu provoquer une prolifération de plancton. Ensuite, lorsque ces planctons meurent, ils coulent et cette matière morte se pose au-dessus de la couche d'eau stratifiée, créant finalement une anoxique (faible DO , ou oxygène dissous).

Un chercheur du symposium de Galveston a suggéré qu'une couche d'eau douce trouble près de la surface, causée par de fortes pluies, aurait pu bloquer la lumière du soleil et entraver la photosynthèse, tuant finalement le phytoplancton et réduisant l'oxygène. Un autre pensait que l'oxygène aurait pu être épuisé par la décomposition de la matière organique emportée dans la mer par les inondations. Un troisième a souligné que les températures de l'eau, à la surface et au fond, étaient les plus élevées jamais enregistrées, stressant peut-être les coraux et les laissant vulnérables à d'autres menaces. En fin de compte, les chercheurs concluraient qu'ils ne pouvaient trouver aucune preuve irréfutable.

Six mois plus tard, alors que les scientifiques des coraux réfléchissaient encore aux causes possibles de la mort de East Flower Garden Bank, un autre événement météorologique a fourni l'occasion de mettre à l'épreuve la théorie du ruissellement des tempêtes. Sur une période de quatre jours en août 2017, l'ouragan Harvey a déversé 60 pouces de pluie sur une grande partie de l'est du Texas. Pour des millions de personnes, Harvey était une terreur mortelle, mais pour quelques dizaines de spécialistes des coraux, c'était une chance de savoir si les tempêtes tropicales étaient une chose de plus qui mettait les récifs coralliens en danger. Plusieurs chercheurs se sont même précipités vers les Flower Garden Banks alors que Harvey s'approchait de la côte du Texas, pour prélever des échantillons qui pourraient établir une base de référence pour les données futures.

En octobre, deux mois après Harvey, les chercheurs sont retournés au Flower Garden pour rechercher des signes de blanchiment et d'autres signes de mortalité similaires à ceux qui ont suivi les inondations du jour de l'impôt. Davies a dû manquer ce voyage, mais elle était la principale scientifique benthique lors d'un deuxième voyage en juillet 2018. Davies dit que les données sont suffisantes pour répondre à la question de Harvey. L'ouragan, dit-elle, n'a pas endommagé les récifs coralliens, et elle pense savoir pourquoi.

"La tempête de 2016 était la tempête parfaite", dit-elle. "Ce qui a causé la mortalité massive d'août 2016, c'est une forte stratification de la colonne d'eau, et la stratification est exactement ce qui ne se produit pas pendant un ouragan. Un ouragan mélange tout, ce qui est le contraire de la stratification. Les Flower Garden Banks semblent avoir été tamponnés des effets de Harvey. Ils vont très bien.

Ailleurs, cependant, les résultats des recherches de Davies sont moins encourageants. Un autre projet à plus long terme impliquant des récifs coralliens dans les Florida Keys révèle une mortalité massive et continue. Ce projet, sur lequel elle a commencé à travailler en tant que post-doctorante à l'Université de Caroline du Nord et qui est financé par la National Science Foundation, examine également la réponse des récifs à la hausse des températures de la mer et compare la santé des récifs proches du rivage à la la santé de ceux qui sont plus au large. Au cours des trois dernières années, Davies, en collaboration avec des chercheurs de l'UNC, a prélevé des centaines de carottes de deux espèces de coraux au large des côtes de la Floride, du Belize et du Panama, a comparé leurs microbiomes et a noté des différences entre les zones de récifs et entre les espèces.

Malgré toutes ces données, tirer des conclusions a été difficile. Par exemple, à la suite de l'ouragan Irma, le groupe de recherche a constaté une mortalité de près de 100 % sur les récifs offshore en Floride, et beaucoup moins de décès sur les récifs côtiers, même si les récifs côtiers étaient confrontés à des afflux massifs d'eau douce fortement nitrée. Davies trouve cela étrange, et elle soupçonne que la majeure partie de la mortalité en mer n'est pas due à Irma, mais à la maladie.

"La maladie est un gros problème dans les Caraïbes", dit-elle, et nous n'en savons presque rien. Nous l'appelons la "peste blanche", parce que le tissu se détache, et nous pensons que c'est lié au climat. Scripps [Scripps Institute of Oceanography] documente les températures de l'eau depuis plus de 100 ans, et cette semaine seulement, il a documenté la température la plus chaude jamais enregistrée. Jamais! Nous pensons que c'est l'un des multiples facteurs de stress. Nous observons que la symbiose entre les algues et le corail devient plus difficile à maintenir, mais nous ne savons pas pourquoi."

La bonne nouvelle, dit Davies, est que certaines espèces de coraux et individus au sein d'une espèce ainsi que certains sites semblent aller bien. Il y a des gagnants et il y a des perdants. Pourquoi? C'est une autre chose que Davies et ses collègues espèrent découvrir.

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