Le changement climatique (CC) en cours est devenu une menace anthropique supplémentaire, s’ajoutant aux pressions de la pollution et de la surpêche. Les océans se réchauffent à un rythme sans précédent, et une désoxygénation globale se matérialise. Les conséquences sur les écosystèmes marins sont déjà observées, avec des déplacements des organismes pélagiques vers les pôles et des transformations profondes des écosystèmes. Bien que la priorité principale devrait naturellement être de limiter notre empreinte sur les systèmes naturels, les écosystèmes marins soutiennent les moyens de subsistance de nombreuses sociétés et fournissent des services précieux, tels que l’alimentation, la séquestration du carbone et la production d’oxygène. Étant donné que la réduction des émissions de gaz à effet de serre reste un problème non résolu, il est primordial de tenter d’en atténuer les impacts.
Le Pacifique Sud-Est (PSE) abrite le Système de Courants de Humboldt (SCH), le système le plus productif au monde. Ce système est associé à un Système d’Upwelling de Bord Est (EBUS), à une Zone de Minimum d’Oxygène (ZMO) et est traversé par plusieurs systèmes de monts sous-marins, qui hébergent des écosystèmes uniques composés d’espèces endémiques. Alors que l’impact du changement climatique sur les processus physiques du PSE a été bien documenté, son impact sur les organismes marins a été peu étudié. Le changement climatique impacte les organismes marins de diverses manières. La réponse des organismes est généralement attribuée à leur tolérance thermique, qui peut être atteinte ou dépassée avec l’augmentation des températures. La température est un facteur clé qui contrôle la physiologie et le métabolisme des espèces, car un certain nombre de fonctions sont liées à la température et/ou sont limitées à des températures critiques. L’augmentation de la température et les changements du contenu en oxygène (ou plutôt de la pression partielle de l’oxygène) modulent l’apport et la demande en oxygène des organismes aérobies. La capacité des espèces à fonctionner de manière aérobie est probablement corrélée à leur distribution géographique. Par conséquent, le déplacement des organismes a été attribué aux changements de température et d’oxygène. Si le changement climatique impacte le PSE, il est également soumis au plus grand mode de variabilité climatique, l’Oscillation Australe El Niño (ENSO), dont les effets sur les écosystèmes du PSE sont conséquents mais encore mal expliqués.
L’objectif de cette étude est donc d’évaluer l’impact du changement climatique (CC) et de l’ENSO sur les organismes marins dans le climat futur. Nous utilisons les contraintes métaboliques pour déduire l’impact sur la physiologie des organismes. Nous faisons l’hypothèse que les changements d’oxygène et de température dus au CC ou à l’ENSO peuvent provoquer un déséquilibre entre l’apport et la demande en oxygène, modulant ainsi la capacité aérobie et l’habitabilité aérobie du PSE. Nos résultats montrent des motifs régionaux de changements d’habitabilité. Alors que les espèces tolérantes à l’hypoxie évoluant à proximité de la ZMO pourraient bénéficier de meilleures conditions, la plupart des organismes du PSE seront confrontés à la pression de la désoxygénation et du réchauffement, que ce soit en raison de l’ENSO ou du CC. Les événements El Niño dans le Pacifique Sud Est compensent légèrement les tendances à la désoxygénation dans les zones des monts sous-marins. Ces changements d’habitabilité, en particulier les différences entre les domaines épipélagiques et mésopélagiques, pourraient avoir des implications profondes au niveau des écosystèmes, entraînant une recomposition et une réorganisation des populations de poissons. Cela pose des défis supplémentaires pour la conception des Aires Marines Protégées (AMP), telles que la nécessité de considérer l’ensemble des chaînes trophiques et les habitats tridimensionnels des espèces ciblées. |
On-going climate change (CC) has emerged as an additional anthropogenic threat (on top of pollution and over-fishing pressures) to marine ecosystems across the world’s ocean. The oceans are warming at unprecedented rates and a global deoxygenation is materializing. The consequences on marine ecosystems are already observed, with rapid poleward shifts of pelagic organisms and profound transformations of ecosystems, attributed to ocean warming. If a primary concern should naturally be to limit our imprint on natural systems, marine ecosystems support the livelihood of a number of societies and provide precious services, such as food, carbon sequestration and oxygen production. Because inflecting the rise of greenhouse gases emissions remains presently an unresolved issue, it is primordial to (attempt to) anticipate the effect of climate change, with the ambition to mitigate its impacts.
The South East Pacific (SEP) hosts the Humboldt Current System (HCS), the most productive system in the world. It is associated with an Eastern Boundary Upwelling System (EBUS), an Oxygen Minimum Zone (OMZ), and is crossed by several seamount systems, hosting unique ecosystems composed of endemic species. Whereas the impact of climate change in the SEP physical processes has been well documented, the impact on marine organisms has been studied only weakly. Climate change impacts marine organisms in a number of ways. The response of organisms is usually attributed to species thermal tolerance levels, which would be reached or exceeded with rising temperature. Temperature is a controlling driver of species physiology and metabolism as a number of functions scale with temperature and/or are limited at some critical temperatures. Rising temperature and changes in oxygen content (or rather oxygen partial pressure) modulate the oxygen supply and demand of aerobic organisms. Species capacity to perform aerobically is possibly correlated to their geographical distribution. Hence, a number of range shifts has been attributed to temperature and oxygen changes. If climate change impacts the SEP, it is also subjected to the largest climatic mode, the El Niño Southern Oscillation (ENSO), for which the effect on the SEP ecosystems are consequential but not well explained.
Therefore, the purpose of this study is to assess the pressure of CC and ENSO on marine organisms in the future climate. We use metabolic constraints to infer the impact on organisms’ physiology. We hypothesise that changing oxygen and temperature due to CC or ENSO may cause mismatch between oxygen supply and demand, hence modulating aerobic scope and habitat suitability. We show that there are strong regional patterns of changes in habitat suitability. We find that whereas hypoxia tolerant species evolving in the vicinity of the OMZ may find improving conditions, most of the SEP organisms will face pressure from deoxygenation trends and warming, either due to ENSO or CC. Eastern Pacific El Niño events marginally compensate for the deoxygenation trends in remote areas of the seamounts. These changes in habitat suitability and in particular the differences between the epipelagic and mesopelagic realms, could have profound implications at the ecosystem level, triggering a recomposition and reorganisation of fish populations. This poses additional challenges for the design of Marine Protected Areas such as considering whole trophic chains and 3D habitat of target species. |