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Effet des changements climatiques sur le benthos en Arctique – ECOTAB

ECOTAB : Effect of Climate change On The Arctic Benthos

The overarching goal of this study is to investigate how climate-induced changes in biological and environmental conditions (food sources, temperature, pH, salinity) will impact Arctic benthos.

Importance of climate-induced changes for the Arctic benthos

With rising concerns about climate changes, over the last decades, important multidisciplinary programs have taken place in polar areas. Studies have, however focused on describing the present state of either the pelagic or the benthic components of the ecosystem separately. The link between the two compartments (i.e. pelagic-benthic coupling) is still poorly documented, although this information is crucial if we are to understand how ecosystems may be impacted by climate change. Moreover, seasonal variability of polar ocean remains poorly understood. Studying seasonal variations of both compartments (pelagic and benthic) at the same time, their interactions, require careful planning and specific biomarkers/parameters, which have missed in previous studies, but will be carried out in this one (Task 1). <br />In addition, while most studies have focused on a description of the present state of ecosystems, few have included experimental approach in order to predict future scenarios, while this knowledge is crucial if we are to understand possible future changes and develop models. The present study will use a new experimental approach which will test various scenarios of food (i.e. high vs. low food quality, Task 2) and environmental parameters (pH, salinity, temperature, Task 3) to assess the impact of biological and environmental changes on the benthos. <br />Finally these results will permit to develop and calibrate models (Task 4) of energy pathways, which will allow improving understanding of present state Arctic ecosystem function and prediction of possible feedback scenarios of the ecosystem to changes in a less ice-rich Arctic due to climate warming. <br />

- Task 1: Seasonal variability in pelagic-benthic coupling. This task aims to describe the ecosystem structure and function throughout the entire year in greater details, combining both, pelagic and benthic perspectives. Organic matter fluxes from the water column to the sea floor and the benthic response will be studied as a function of biological and environmental factors by a multi-biomarker approach.
- Task 2: Impact of changes in food quality for the benthos. The goal of this second task is to address experimentally the impact of changes in food sources quality for the benthos. Based on the results from Task 1 and according to various climate change scenarios, intact benthic communities and key bivalve species will be fed with different food sources with different food quality (phytoplankton, ice algae, microphytobenthos, fecal pellets).
- Task 3: Impact of changes in temperature, pH and salinity, on key bivalves species. The Task 3 aims to address experimentally the impact of climate-induced changes in environmental parameters on key bivalves species. For doing so, perturbation experiments will be performed by changing salinity and pH.
- Task 4: Modelisation. This last task aims to better understand i) the energy allocation within the benthic species under different scenarios of food quality and abiotic parameters as temperature, pH and salinity by integrating data obtained from tasks 2 and 3 in a dynamic energy budget model (DEB, based on DEB theory) and ii) the matter fluxes in the coastal Arctic ecosystem by coupling data from task 1, 2, 3.

The following link contains up to date information about the project, in particular about the field work performed this year: www-iuem.univ-brest.fr/ecotab
Although the project recently started, it already permitted to create connections with other projects and researchers with complementary research interests, including the Norwegian funded Cleopatra II project, the team of Thomas Brown (Plymouth, UK), the team of Maria Wlodarska-Kowalczuk (IOPAS, Poland).

Not yet

The first samples obtained in the first missions are starting to be analyzed. Results will permit scientific publication in 2013.

Il est généralement admis aujourd'hui que les effets du changement climatique sont exacerbés en Arctique. Compte tenu de l'importance de la glace pour les écosystèmes marins, la diminution du couvert de glace va probablement entraîner des transformations profondes dans la production primaire (diminution des algues de glace, augmentation du phytoplancton et du microphytobenthos) et dans les propriétés chimiques des océans (diminution de la salinité et du pH, augmentation de la température). Ces changements vont avoir des répercussions sur le fonctionnement des écosystèmes et sur le cycle du carbone. La réponse des organismes benthiques à ces changements est cependant inconnue.

Traditionnellement, les études sur l'Océan Arctique ont été conduites par les pays riverains : Canada, USA, Norvège, Danemark, Russie. Cependant, les effets du réchauffement climatique se faisant d’ores et déjà ressentir en Arctique, d'autres pays ont commencé à orienter leurs recherches scientifiques sur cette région. En particulier la France, qui est impliquée dans divers projets en Antarctique, a commencé à étendre ses recherches polaires vers l'Arctique, en finançant de nouveaux projets de recherche dans ces régions, et en créant une Unité Mixte Internationale Arctique du CNRS à Québec.

Bien que les recherches récentes sur l'écosystème Arctique aient permis d'améliorer les connaissances sur le compartiment pélagique, ou benthique, le lien entre les deux: le "couplage pélagos-benthos" a souvent été sous estimé. De plus, très peu d'études ont utilisé une approche expérimentale afin d'élaborer des scénarios futurs, et d’en étudier leurs conséquences sur le benthos. Ces expériences sont cependant nécessaires afin de comprendre et de modéliser les changements futurs de l'écosystème soumis à la pression des changements climatiques.

L’objectif de ce projet est d'étudier comment le benthos Arctique sera affecté par des changements biologiques (sources de nourriture) et environnementaux dus aux changements climatiques. Ce projet va combiner des données existantes, de nouvelles données ainsi qu'une nouvelle approche expérimentale pour tester les divers scénarios de nourriture (ex: nourriture de bonne/pauvre qualité nutritive) et de paramètres environnementaux (pH, salinité, température). Ces résultats permettront de mieux comprendre l'état actuel de l'écosystème côtier Arctique, et de prédire la réponse benthique aux divers scénarios de changements de l'écosystème soumis à une réduction de la couverture de glace à cause du réchauffement climatique. Ce projet se développera selon 4 axes:
-Décrire de manière détaillée la variabilité saisonnière du couplage pelagos-benthos, en combinant les perspectives pélagiques et benthiques
-Etudier expérimentalement l'impact du changement de la qualité de la nourriture sur le benthos
-Etudier expérimentalement l'impact du changement induit par l’'augmentation de la température, et par la diminution du pH et de la salinité sur les bivalves
-Développer et calibrer des modèles de flux de carbone et d'énergie dans l'écosystème et dans les espèces de bivalves sélectionnées.

Afin de l’optimiser, ce projet sera localisé à la station de recherche franco-allemande de Ny Alesund, Svalbard, ce qui permettra l’accès à des installations adéquates et à des données de base, utiles à son bon déroulement.

Au-delà de ses objectifs scientifiques, ce projet a pour but d’instaurer des relations durables entre la France, la Norvège, l'Allemagne et le Canada, afin de mettre en commun et de partager les compétences et les connaissances complémentaires de leurs experts pour une meilleure compréhension de la globalité de l'écosystème Arctique. En particulier, ce projet se réalisera en collaboration avec les projets Apolobis, projet français visant à établir un observatoire Arctique basé sur les bivalves, et Icicles, projet Norvégien visant à comprendre l'impact des changements de nourriture sur les organismes zooplanctoniques.

Coordinateur du projet

Madame Nathalie MORATA (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE) – nathalie.morata@gmail.com

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LEMAR (UMR6539, UBO/CNRS/IRD) CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE

Aide de l'ANR 610 000 euros
Début et durée du projet scientifique : novembre 2011 - 36 Mois

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