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Antarctique: augmentation du rayonnement ultraviolet: dans quelle mesure cela affecte-t-il la vie marine du sud?

Antarctique: augmentation du rayonnement ultraviolet: dans quelle mesure cela affecte-t-il la vie marine du sud?

Par Par Santiago G. de la Vega

L'arrivée du printemps implique pour la plupart des organismes antarctiques le début d'une nouvelle étape dans leurs cycles de reproduction et de croissance. En revanche, la concentration d'ozone a diminué de moitié par rapport à ses valeurs normales depuis les 20 dernières sources.

L'arrivée du printemps implique pour la plupart des organismes antarctiques le début d'une nouvelle étape dans leurs cycles de reproduction et de croissance.

En revanche, à quelques kilomètres de là - dans la haute atmosphère - la concentration d'ozone diminue à cette station jusqu'à la moitié de ses valeurs normales. Du moins, c'est ainsi que cela se passe depuis les 20 dernières sources, selon les enregistrements continus qui sont enregistrés.

Qu'est-ce que l'existence du soi-disant «trou d'ozone» implique pour la vie marine antarctique?
Eh bien, en gros, l'augmentation du rayonnement ultraviolet qu'il reçoit.
Mais que sont les rayons ultraviolets?
Le spectre des rayons ultraviolets s'étend entre 200 nm et 400 nm et est divisé en (plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie est élevée):
- UV-C, 200 à 280 nm
- UV-B, 280-320 nm
- UV-A, 320 à 400 nm

Les rayonnements photosynthétiquement actifs (de .400 à 750 nm) et les UV-A ne sont pas filtrés par la couche d'ozone, et par conséquent sont indépendants de sa variation.
Les UV-B sont ceux qui pénètrent avec le plus d'intensité par le «trou dans la couche d'ozone». En atteignant la mer et en traversant la colonne d'eau, ce rayonnement est absorbé et dispersé, notamment par les substances dissoutes et particulaires.
La couche d'eau qui filtre jusqu'à 90% du rayonnement solaire de 310 nm (UV-B) varie en épaisseur d'environ 20 m dans les océans les plus limpides du monde, à quelques centimètres dans les lacs et rivières aux eaux troubles.

Quelques données comparatives de la profondeur en mètres à laquelle 90% des UV-B ont filtré par rapport à celle qui entre dans la colonne d'eau:
Mer de Zargazos (Caraïbes) 19,8 m
Mer de Bellingshausen (Antarctique) 9,0 m
Embouchure du fleuve Orénoque (Venezuela) 0,11 m

Une particularité des eaux antarctiques est que les variations saisonnières du rayonnement sont très importantes. Après l'obscurité hivernale, une augmentation progressive de la lumière commence. Dans ces conditions, le temps nécessaire à la photoadaptation aux UV est un facteur critique de tolérance pour de nombreux êtres vivants, en particulier les petits unicellulaires.

Les UV-B sont connus pour avoir des effets létaux et mutagènes sur divers organismes aquatiques. L'ADN (acide désoxyribonucléique, constituant du matériel génétique) est le premier à être endommagé, et les effets secondaires incluent l'absorption par l'ARN (acide ribonucléique), les protéines, les pigments, etc.

Après au moins 20 ans d'augmentation du rayonnement ultraviolet, les espèces unicellulaires qui produisent dans quelques jours de nouvelles générations auraient commencé à être sélectionnées, en favorisant les plus tolérantes.
Dans les êtres vivants plus complexes, avec des cycles d'un an ou plus, les effets se feraient sentir à plus long terme.

Les organismes qui vivent sous les roches, qui vivent sous la couche de pénétration de la lumière ou des habitudes nocturnes, seraient moins directement affectés.
Parmi les organismes exposés aux rayonnements, leur taille, leur forme ou leur revêtement extérieur peuvent servir plus ou moins de barrière protectrice. L'âge, le sexe et la «santé» déterminent également différents effets.

Parmi les systèmes défensifs, trois mécanismes cellulaires ont été identifiés qui agissent dans la réparation des dommages à l'ADN.

Les mycosporines sont des substances qui absorbent les rayons ultraviolets et sont supposées fournir une protection contre les UV-B; adaptation avec analogie à la protection de notre peau par la mélanine.
Ces composés ont été enregistrés dans des groupes tels que les dinoflagellés, les algues rouges, les étoiles, les giclées de mer, les zoanthides, certains bivalves et même quelques poissons. Les animaux obtiendraient des mycosporines en ingérant des algues qui les produisent ou par leur présence dans des organismes symbiotiques.

Que sait-on des effets de l'augmentation des UV-B sur les groupes de vie marine?
Eh bien, cela dépend de qui on parle. Voyons quelques progrès dans les connaissances sur les groupes importants.

Les bactéries

Le réseau trophique des bactéries est la voie principale du carbone organique à travers les écosystèmes aquatiques. Ce recyclage des nutriments a évolué au cours de millions d'années, avec des relations complexes entre les matières organiques dissoutes, les bactéries, les flagellés et le phytoplancton.

Les UV-B influencent tous ces «niveaux» mais avec autant de variables en jeu et d'inconnues à révéler, on considère qu'il n'est pas possible de faire des prédictions précises sur la façon dont le réseau trophique microbien est affecté.

En raison de leurs cycles générationnels courts, les bactéries doivent s'adapter rapidement aux changements de l'environnement et elles ont précisément des défenses différentes.
Ainsi, par exemple, il existe des mécanismes de réparation de l'ADN induits par les UV ou l'élaboration de composés absorbant les UV, bien que de nombreuses études manquent.
En revanche, les bactéries ne dépendent pas de la lumière pour obtenir les substrats organiques qui les nourrissent et les UV-B ne peuvent affecter leur viabilité que jusqu'à 10 mètres de profondeur dans les eaux antarctiques.
Les cellules algales, par contre, ne poussent qu'à la profondeur de pénétration du rayonnement solaire nécessaire à la photosynthèse. Par conséquent, à grande échelle, les risques de baisse d'activité des bactéries ne seraient pas aussi importants que pour le phytoplancton.

De plus, la réduction de l'activité bactérienne a un effet indirect important sur l'abondance du phytoplancton: en abaissant le taux de reminéralisation des nutriments inorganiques, il y a moins de nutriments disponibles pour la photosynthèse des algues.

Microalgues

Les expériences sur le terrain et en laboratoire ont estimé une diminution de la production primaire de microalgues entre 6% et 15% dans les eaux de surface de l'océan Austral (1992) en raison des effets des UV-B.

La sensibilité différente à l'ultraviotèle d'environ 20 espèces de diatomées a été déterminée. En général, lorsqu'ils sont exposés à un faible rayonnement UV-B, une augmentation de leur croissance a été observée, car la synthèse d'ADN serait stimulée.

Déjà avec un rayonnement élevé, les cellules arrêtent de se diviser bien qu'elles continuent à croître et à photosynthétiser. Les plus petites cellules - avec une grande surface exposée par rapport à leur volume - seraient les plus endommagées.

Comme dans les mers du sud, ils apporteraient la plus grande contribution à la production primaire, l'effet des UV peut impliquer de grands changements écologiques. Par exemple, il a été suggéré que des cellules plus grosses pourraient devenir dominantes.

La diatomée Corethron cryophilum, abondante dans le phytoplancton antarctique, est, parmi les espèces étudiées, la plus résistante aux UV.

Le phytoplancton et les algues de glace présentent des absorbances UV-B différentes, et les mycosporines sont connues dans les communautés d'algues de glace. Mais il reste encore beaucoup à savoir. Selon des études récentes, les UV-A provoquent une baisse plus importante des taux de photosynthèse du phytoplancton que les UV-B.

Macroalgues

On sait peu de choses sur les effets des UV sur les communautés de macroalgues, dont certaines sont fortement exposées aux radiations, comme celles qui poussent dans la zone intertidale.

Les réponses à l'effet des UV-B sont également inconnues lorsque le stress dû au manque de nutriments, à la dessiccation ou à la pression élevée des herbivores est ajouté.

Les espèces à structure simple, comme les algues filamenteuses, seraient plus susceptibles d'être endommagées que celles dont le thalle est plus complexe, comme les algues laminaires. Il est nécessaire de connaître les mécanismes spécifiques de réparation ou de protection dans ce groupe.
Sept mycosporines ont été identifiées dans les macroalgues antarctiques. Elles sont plus abondantes dans les algues rouges, également enregistrées dans les algues brunes, et moins fréquentes dans les algues vertes.

Le stress causé par les rayons ultraviolets peut également avoir des effets indirects. Par exemple, les résultats préliminaires avec l'algue Dictyota dichotoma ont indiqué que les expositions aux UV réduisent la concentration de ses produits chimiques défensifs et la rendent plus «appétissante» pour les prédateurs.

Les invertébrés

Plus de 50 espèces d'invertébrés antarctiques dans lesquelles l'existence de mycosporines a été analysée, elles ont été détectées chez 90% d'entre elles.
La patelle (Nacella cocna) est l'un des organismes qui apparaissent dans la zone intertidale libre de glace, depuis le début du printemps.
Au cours du cycle de vie, leurs larves libérées dans la colonne d'eau sont exposées aux niveaux de rayonnement les plus élevés. Il est possible que les UV-B aient une influence sur leur mortalité, comme cela doit également être le cas pour les embryons et les larves de nombreux invertébrés.

Déjà au stade adulte, la coquille assure une protection contre les rayons, tandis que les mycosporines ont été retrouvées à des concentrations variables selon les tissus, étant élevées dans les ovaires.
De plus, dans les patelles les plus exposées de la zone intertidale, des concentrations de mycosporines plus élevées ont été trouvées que dans des patelles toujours couvertes d'eau.

Il a été suggéré qu'il est important de connaître l'influence de l'augmentation des UV sur la productivité d'organismes "clés" tels que le krill, bien que cette variable soit très difficile à déterminer pour ces organismes.

Des oiseaux

Les plumes d'oiseaux sont une très bonne protection contre les rayons UV, surtout pendant la nidification des oiseaux. Les poussins obtiennent un abri avec la protection du corps de leurs parents.
Bien que le reflet élevé de la glace et de la neige, déterminerait que les oiseaux de l'Antarctique sont plus exposés aux problèmes de cornée en raison des effets des UV sur les oiseaux des zones plus tempérées.
Mais les plus grands dommages potentiels pour les membres du monde ailé seraient liés aux changements alimentaires résultant d'altérations du phytoplancton.

Les mammifères

Les mammifères marins antarctiques ont une bonne barrière protectrice au niveau de leur peau et de leur pigmentation.
Les phoques reçoivent un rayonnement UV plus élevé de la réflexion sur la neige et la glace, et dans une moindre mesure sur la terre et l'eau.
Ce rayonnement peut endommager la cornée, bien qu'ils aient une bonne tolérance au rayonnement. Il est prouvé que la perception oculaire des UV-B influence la régulation de la physiologie neuroendocrine chez les mammifères, bien que l'on ne sache pas si cet effet se produit en Antarctique.
Dans tous les cas, les effets négatifs des UV-B sur la dynamique de leur chaîne alimentaire peuvent leur être néfastes.
Quels sont ces changements? Une réponse parmi tant d'autres à déterminer.

* Santiago G. de la Vega
Lic. En sciences biologiques
www.contactosilvestre.com.ar


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