par Prof. Dr. Paul Berth

 Selon certaines prédictions, basées sur des modèles informatiques, de nombreux récifs coralliens auront disparu des océans tropicaux au cours des 80 prochaines années[1]. La cause est bien évidemment le réchauffement climatique pouvant provoquer un blanchiment des coraux. Par exemple, en 2014–2017, a eu lieu un évènement global de blanchiment, le 3^e au cours des 20 dernières années, et de nombreux coraux furent affectés sur des milliers de kilomètres carrés[2],[3]. Les médias, avides de catastrophisme, en ont beaucoup parlé avec des titres une fois de plus très alarmistes (exemple ici).

Cependant, les choses ne sont pas si simples. Des données satellitaires et des études de terrain ont montré que tous les récifs coralliens ne se comportent pas de la même manière: de nombreux récifs n’ont pas blanchi pendant le dernier épisode El Niño, une très grande partie des coraux a résisté au stress thermique, et de fortes variations locales et régionales ont été observées dans le blanchiment[4]. La relation entre température élevée de l’eau de mer et blanchiment des coraux n’est donc pas évidente. Afin d’éclaircir la situation une équipe américaine a récemment publié une analyse globale des évènements de stress thermique en considérant 3351 sites différents dans 81 pays (Sully et al. 2019, dans Nature Communications[5]). Cette analyse globale est unique et démontre que les coraux sont en train de s’adapter par sélection naturelle et sont désormais un peu plus résistants au blanchiment. Nous avons ici une belle démonstration du fait que les modèles informatiques sont parfois bien loin de la réalité de terrain et qu’il ne faut pas tirer de  conclusions toujours hâtives!

1. Moins de blanchiment dans les régions équatoriales

L’étude de Sully al. 2019, dans Nature Communications commence par nous montrer que le nombre de coraux blanchis est significativement plus élevé aux latitudes tropicales, entre 15 et 20° au nord et au sud de l’équateur, par rapport aux régions équatoriales où le blanchiment est moins fréquent et où la diversité des coraux y est plus importante. Voir Figure 1.

Selon les données librement accessibles de la base de données CoRTAD Version 6 de la NOAA[6], la température de surface de l’eau de mer n’a pas augmenté plus sous les tropiques par rapport aux zones équatoriales. Les anomalies de température ne peuvent donc pas être utilisées pour expliquer la différence de blanchiment entre zone équatoriale et tropiques. Ce résultat est contredit par certaines études[7], mais ces études contradictoires ne considèrent que quelques sites contrairement à l’étude de Sully et al. (2019) qui en comporte 3351…

Pour expliquer cette répartition particulière du blanchiment des coraux, Sully et al. (2019)  invoquent trois phénomènes. Il se pourrait (1) que la composition des communautés de coraux ne soit pas la même dans les deux zones géographiques (espèces différentes); il se pourrait également (2) que les espèces soient les mêmes mais que la diversité génotypique soit plus élevée dans les régions équatoriales moins sensibles au blanchiment; et enfin (3), il se pourrait que les coraux des zones équatoriales soient pré-adaptés aux stress thermiques en raison des eaux plus chaudes de ces régions (Figure 2). Bien entendu, ces hypothèses ne sont pas mutuellement exclusives.

2. Des variations fréquentes de température protègent les coraux du blanchiment

Les analyses de l’équipe de Sully et al. (2019) révèlent ensuite que le nombre de coraux blanchis est significativement plus bas aux sites où les anomalies de température de surface de l’eau de mer étaient très variables en fonction du temps, pour des périodes courtes de l’ordre de la semaine. En d’autres termes, des variations fréquentes de température semblent protéger les coraux du blanchiment. Ceci avait déjà été observé dans de précédentes études locales : lorsque la température de l’eau de mer est peu variable, sur une période de temps de l’ordre de la semaine, le blanchiment est plus fréquent. A contrario, lorsque la température de l’eau de mer est très variable le risque de blanchiment est réduit[8]. Il a également été démontré dans d’autres études que les sites présentant de grandes variations de températures (quotidiennes, hebdomadaires ou saisonnières) comportent des coraux et des souches de zooxanthelles symbiotiques beaucoup plus résistantes aux extrêmes de température[9].

3. Des coraux adaptés qui blanchissent à plus haute température

Globalement, pour l’équipe de Sully et al. (2019) le phénomène de blanchissement des coraux a légèrement augmenté en fréquence et en intensité entre 2002 et 2017 : de 9% on est passé à 15% de coraux blanchis, et ce pour les 3351 sites considérés. Ceci peut paraître alarmant, mais le devient beaucoup moins lorsque l’on sait que les coraux blanchissent depuis très longtemps. L’avenir nous dira si le pourcentage se stabilisera ou non.

Il ne faut pas oublier non plus qu’il n’y a pas que la température élevée qui fait blanchir les coraux. Lumière trop intense, attaques virales et bactériennes sont également des causes de blanchiment. Et il faut également savoir que le blanchiment est une cause mineure de mortalité chez les coraux. En effet, il a été montré que les coraux durs sont bien plus affectés par les tempêtes et les attaques d’Acanthaster planci, une étoile de mer se nourrissant de coraux (plus de détails et références ici).

Mais le résultat le plus spectaculaire de l’équipe de Sully est qu’entre 1998 et 2006 la température moyenne de l’eau de mer de surface pendant le blanchissement était 28.1°C, alors qu’au cours des 10 années suivantes, entre 2007 et 2017, la température pendant le blanchissement était de 0.6°C plus élevée, c’est-à-dire 28.7°C. Et cette variation de température est significative selon les tests statistiques utilisés (Figure 3).

Ces données suggèrent donc que les évènement de blanchiment de la première décennie considérée (1998–2006) ont éliminé les individus les plus sensibles. Il en résulte que les populations de la deuxième décennie (2007–2017) sont maintenant adaptées et blanchissent à une température plus élevée. Il y a donc eu un phénomène de blanchiment adaptatif, comme expliqué dans un précédent article publié sur SCE.

Finalement le graphique montre que cette adaptation s’avère extrêmement rapide, pas plus de 10 ans.

4. Conclusions

• L’analyse globale nous montre que le blanchiment est plus faible aux régions équatoriales par rapport aux régions tropicales. Et ceci n’est pas causé par des différences d’anomalies de température. La génétique (composition spécifique, diversité génotypique) joue ici un rôle probablement important.
• Les variations fréquentes de température de l’eau de mer (échelle de la semaine) protègent les coraux du blanchiment.
• Le phénomène de blanchiment des coraux a légèrement augmenté en fréquence et en intensité entre 1998 et 2017.
• De nombreux coraux se sont rapidement adaptés et blanchissent actuellement à une températures plus élevée (de 0,6°C). Il y a donc eu blanchiment adaptatif de nombreuses communautés.

En conclusion finale, la nature nous réserve bien des surprises et il ne faut pas trop se fier aux modèles informatiques souvent alarmistes. Les coraux durs (ou Scléractiniaires) apparaissent au Trias moyen il y a 240 millions d’années et les premiers récifs coralliens ‘modernes’ ou semblables à ceux d’aujourd’hui étaient présents 25 millions d’années plus tard, au Trias supérieur, probablement suite à l’apparition d’une symbiose avec des algues symbiotiques. Cela ne voudrait-il pas dire que ces organismes sont particulièrement résistants aux changements globaux? En effet, le groupe n’a pas été éliminé au cours des nombreuses périodes de l’histoire où il faisait plus chaud ou plus froid de plusieurs degrés qu’aujourd’hui, et où la concentration en CO₂ de l’atmosphère était plus  élevée ou plus faible qu’aujourd’hui. Plus de détails ici.

Les “alarmistes du climat” qui pensent que le changement climatique actuel est trop rapide par rapport aux évènements du passé doivent se remémorer que les coraux (également bien d’autres organismes) ont également résisté à la chute d’un astéroide à la limite Crétacé-Tertiaire il y a 65 millions d’années[10]. Il n’y a pas plus rapide pour bouleverser le climat! Ceci dit, n’oublions pas les autres causes du déclin des coraux (pollution de l’eau, surpêche, etc.).

Références

[1] Frieler, K. et al (2013) Limiting global warming to 2 °C is unlikely to save most coral reefs. Nat. Clim. Change 3, 165–170.

[2] Stuart-Smith, R. D. et al (2018) Ecosystem restructuring along the Great Barrier Reef following mass coral bleaching. Nature 560, 92–96.

[3] Hughes, T. P. et al (2017) Global warming and recurrent mass bleaching of corals. Nature 543, 373–377.

[4] van Woesik, R. et al (2012) Climate-change refugia in the sheltered bays of Palau: analogs of future reefs. Ecol. Evol. 2, 2474–2484.

McClanahan, T. R. & Maina, J. (2003) Response of coral assemblages to the interaction between natural temperature variation and rare warm-water events. Ecosystems 6, 551–563.

McClanahan, T. R. et al. (2007) Effects of climate and seawater temperature variation on coral bleaching and mortality. Ecol. Monogr. 77, 503–525.

Safaie, A. et al. (2018) High frequency temperature variability reduces the risk of coral bleaching. Nat. Commun. 9, 1671.

[5] S. Sully, D.E. Burkepile, M.K. Donovan, G. Hodgson, R. van Woesik. A global analysis of coral bleaching over the past two decades. Nature Communications (2019) 10:1264.

[6] The Coral Reef Temperature Anomaly Database (CoRTAD) Version 6 – Global, 4 km Climatological SST, generated using harmonic analysis method on data, for 1982 to 2017 (NCEI Accession 0175481).

[7] Heron, S. F. et al. (2016) Validation of reef-scale thermal stress satellite products for coral bleaching monitoring. Remote Sens. 8, 59.

[8] McClanahan, T. R. & Maina, J. (2003) op. cit.; McClanahan, T. R. et al. (2007) op.cit.; Safaie, A. et al. (2018) op.cit.

[9] LaJeunesse, T. C. et al. (2010) Host–symbiont recombination versus natural selection in the response of coral–dinoflagellate symbioses to environmental disturbance. Proc. Biol. Sci. 277, 2925–2934.

[10] Bottke WF, Vokrouhlicky D, Nesvorny D (2007) An asteroid breakup 160 Myr ago as the probable source of the K/T impactor. Nature 449:23–25.

par Prof. Dr. Paul Berth

Le blanchissement des coraux est un phénomène dont on entend souvent parler dans les médias. Il s’agirait d’un grave problème environnemental, dont la fréquence augmente, et qui pourrait mener à la perte totale des récifs coralliens. Le réchauffement climatique global, qui serait causé par l’augmentation de la concentration atmosphérique en CO₂ est, bien entendu, pointé du doigt. Cependant, le blanchissement des coraux n’est-il pas un phénomène très ancien? Est-il seulement causé par des variations de température? Quel recul avons-nous à ce sujet? Une récente publication de Nicholas Kamenos et Sebastian Hennige, deux chercheurs anglais des Universités de Glasgow et d’Édimbourg, apporte de nouveaux éléments[1].

Tout d’abord, rappelons que les coraux blanchissent lorsqu’ils expulsent leurs algues symbiotiques, organismes unicellulaires appelés zooxanthelles, et que ce phénomène fait suite à un stress de nature physique, chimique ou biologique. Pour les stress physiques il y a par exemple la température inadaptée[2] ou une lumière trop ou trop peu intense[3]. Au niveau chimique nous trouvons l’effet de certains xénobiotiques (par exemple des herbicides[4]), mais également un pH ou une salinité inadaptée. Quant aux stress biologiques il y a bien entendu les attaques virales et bactériennes[5].

Mais ce que les alarmistes ne disent pas c’est qu’une fois devenus blancs les coraux ne sont pas encore morts… Le blanchissement serait en fait un moyen pour une colonie de polypes de s’adapter rapidement à un environnement fluctuant[6]. Les biologistes qui ont compris cela ont appelé ce phénomène « le blanchissement adaptatif ». Après l’épisode de blanchissement, les coraux acquièrent de nouvelles zooxanthelles, mieux adaptées au nouvel environnement. Il est vrai que la plupart des polypes du corail meurent, mais ceux qui survivent sont désormais plus résistants. En quelques mois, voire quelques années après le blanchiment, le corail a complètement récupéré car les polypes résistants se sont multipliés. Comme mentionné dans un article précédent, la théorie du blanchissement adaptatif a été très récemment confirmée par une étude génétique réalisée en 2016.

Mais quel recul avons-nous au sujet du blanchissement des coraux? Il faut savoir qu’avant 1979, très peu de choses étaient connues au sujet de la fréquence de blanchissement. Ceci est facile à comprendre : pour pouvoir se déplacer sous l’eau et constater que les coraux blanchissent, il aura fallu attendre l’invention du scaphandre autonome et le développement de la plongée sous-marine libre de type SCUBA. Comme l’élaboration du prototype du premier détendeur moderne n’a été faite qu’en décembre 1942, lorsque le français Jacques-Yves Cousteau rencontra l’ingénieur Émile Gagnan, il n’est pas étonnant que notre recul concernant les épisodes de blanchissement des coraux n’est pas très grand.

Les deux chercheurs anglais mentionnés en début d’article ont donc essayé de voir si le phénomène de blanchissement pouvait être observé dans le passé. Pour cela ils ont réalisé des carottages dans des coraux massifs de type Porites spp (Figure 1) vivant au niveau de la Grande Barrière de corail en Australie.

Les coraux durs et massifs du genre Porites (Figure 1) sont trouvés dans les récifs du monde entier. Au moins 7 espèces dominantes de Porites ont été identifiées (P. lobata, P. solida, P. lutea, P. australiensis, P. mayeri, P. murrayensis, et P. anae) et il a été estimé que les plus vieux Porites ont au moins 700 ans[7]. En d’autres mots, ces coraux n’ont pas été éliminés par les nombreuses périodes du passé où la température ou la salinité ont varié. La vitesse de croissance de ces coraux peut être déterminée en examinant les anneaux de croissance annuels dans le squelette en employant des rayons X (Knutson et al. 1972)[8]. Il a ainsi été déterminé que ces coraux peuvent croître à une vitesse d’environ 10 mm par an. Les Porites sont donc des enregistreurs précis des environnements marins du passé, du moins pour la zone de surface des océans. Par exemple, la composition en isotopes de l’oxygène du squelette d’aragonite de ces coraux peut donner des informations sur la température de surface de l’eau de mer ainsi que sur sa composition isotopique, qui est ensuite utilisée pour reconstituer la température des océans du passé[9].

Pour quantifier la fréquence et la prévalence des évènements de blanchissement du passé en employant des carottes de Porites, Kamenos et Hennige ont analysé la vitesse d’extension linéaire de ce corail. En effet, lorsque le corail blanchit, son squelette carbonaté en garde la trace car le dépôt d’aragonite est ralentit. Mais il est important de se rappeler que de multiples facteurs peuvent influencer la vitesse d’extension linéaire, comme la baisse de salinité à l’embouchure d’un fleuve, la turbidité (tempêtes), les changements de concentration en nutriments, etc. Il est donc important de considérer plusieurs coraux de la même espèce à des endroits différents.

Les chercheurs ont analysé 44 carottes de corail et ont commencé par analyser le haut des carottes (la partie la plus récente). Pour cette partie haute, les stries de croissances ont d’abord été confrontées aux données de température de l’eau de mer (données ERSST fournies par la NOAA depuis 1854). Grâce à ces données de température de la NOAA, il est facile d’identifier les mois de l’année où la température locale moyenne était de 1°C supérieure à la moyenne habituelle. On sait que le blanchissement débute à ce moment. C’est ce qui est appelé une DHM ≥ 1°C (DHM, Degree Heating Month). Entre 1854 et 2001, c’est-à-dire la période couverte par les données ERSST, il y eut plusieurs DHM ≥ 1°C. Les chercheurs ont donc simplement mesuré la hauteur des stries du corail (i.e., la vitesse d’extension linéaire) au moment de ces épisodes DHM ≥ 1°C. Ils ont ainsi calibré leur outil.

Après cette calibration, les chercheurs ont regardé le bas des carottes de corail pour lesquelles aucune donnée de température ERSST n’était disponible, tout simplement parce que la NOAA n’existait pas avant 1854… Et ils virent que certaines stries de croissance avaient la même taille que celles se formant durant un épisode DHM ≥ 1°C. La procédure complète d’analyse est présentée en Figure 2.

En analysant les Porites massifs, Kamenos et Hennige sont ainsi remontés jusque 1620, un peu avant la Guerre de Trente Ans. C’est la première fois que l’on réussit à remonter si loin dans le temps. Bien entendu, pas de voitures et pas d’industrie pétrolière à cette époque, pas de pesticides et pas de surpêche, et donc si des épisodes de blanchissement sont détectés, ceux-ci doivent ipso facto être imputés à d’autres causes qu’à l’effet de l’homme. Rappelons qu’en 1620 les européens étaient à peine arrivés en Australie. Le Néerlandais Willem Jansz était le premier arrivé, en 1606. Son bateau, le Duyfken, jeta l’ancre devant cap York. Dans un récit postérieur, un Néerlandais décrit le territoire qu’il voit « comme non cultivé, et peuplé par de sauvages barbares noirs et cruels, qui ont massacré certains de nos marins »[10]. Les premiers explorateurs britanniques, William Dampier et James Cook, n’arrivent que plus tard entre 1688 et 1770.

Voici maintenant les résultats de Kamenos et Hennige : ils démontrent clairement que le blanchissement n’est pas un phénomène moderne. Les coraux blanchissaient en 1620 et la fréquence de blanchissement (le nombre d’années de blanchissement par décade) a même augmenté entre 1620 et 1753, pour ensuite diminuer de 1754 à 1820. A partie de 1820 jusque 2001, la fréquence augmente à nouveau, et ce à une vitesse comparable à la période croissante précédente (Figure 3).

Conclusions

• Le blanchissement des coraux existait avant l’ère industrielle et est apparu déjà en 1620.
• La fréquence de blanchissement peut augmenter ou diminuer en fonction du temps.
• L’augmentation actuelle de la fréquence de blanchissement n’est pas exceptionnelle.
• L’effet de l’homme sur la fréquence de blanchissement semble limité, du moins pour les coraux du genre Porites.

Références

[1] Kamenos NA and Hennige SJ (2018) Reconstructing Four Centuries of Temperature-Induced Coral Bleaching on the Great Barrier Reef. Front. Mar. Sci. 5:283. doi: 10.3389/fmars.2018.00283.

[2] Saxby T, Dennison WC, Hoegh-Guldberg O (2003). « Photosynthetic responses of the coral Montipora digitata to cold temperature stress ». Marine Ecology Progress Series. 248: 85–97.

[3] Hoegh-Guldberg O, Smith G (1989). « The effect of sudden changes in temperature, light and salinity on the population density and export of zooxanthellae from the reef corals Stylophora pistillata Esper and Seriatopora hystrix Dana ». Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 129 (3): 279–303.

[4] Jones RJ, Muller J, Haynes D, Schreiber U (2003). « Effects of herbicides diuron and atrazine on corals of the Great Barrier Reef, Australia ». Marine Ecology Progress Series. 251: 153–167.

[5] Kushmaro A, Rosenberg E, Fine M, Loya Y (1997). « Bleaching of the coral Oculina patagonica by Vibrio AK-1 ». Marine Ecology Progress Series. 147: 159–65.

[6] Graham NA, Jennings S, MacNeil MA, Mouillot D, Wilson SK (February 2015). « Predicting climate-driven regime shifts versus rebound potential in coral reefs ». Nature. 518 (7537): 94–7.

[7] Potts, D.C.; Done, T.J.; Isdale, P.J.; Fisk, D.A. (1985). « Dominance of a Coral Community in the Genus Porites Scleractinia ». Marine Ecology Progress Series. 23 (1): 79–84.

[8] Knutson, D. W., Buddemeier, R. W., and Smith, S. V. (1972). Coral chronometers: seasonal growth bands in reef corals. Science 177, 270–272. doi: 10.1126/science.177.4045.270.

[9] Thompson, D. M. « Comparison of observed and simulated tropical climate trends using a forward model of coral δ18O ». Geophysical Research Letters. 38.

[10] Flannery, Tim; The Explorers; Text Publishing; Melbourne; 1998.