La planète • Le réchauffement climatique
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S’entraîner
18
D’après Amérique du Sud, novembre 2015
Exercice 2
Le blanchissement des récifs coralliens
Intérêt du sujet • Le blanchissement actuel des récifs coralliens est une conséquence et donc un témoignage du réchauffement climatique. Ce sujet montre comment l’augmentation de la température de l’eau de mer où vivent les coraux les affecte.
Les coraux sont des animaux fixés qui sont constitués d’une partie molle (le polype) et d’un squelette rigide calcaire dont l’accumulation peut former un récif.
Les polypes vivent en symbiose avec des algues unicellulaires : les zooxanthelles, lesquelles possèdent des pigments qui donnent aux polypes leur couleur verdâtre-brunâtre.
Depuis quelques décennies, les récifs coralliens sont durement affectés par l’augmentation de la température de l’eau en lien avec le changement climatique global. Ce stress thermique peut entraîner une altération de la pigmentation appelée blanchissement.
À l’aide de l’exploitation des documents proposés et de vos connaissances, identifiez le métabolisme des zooxanthelles et son importance pour le polype, puis expliquez le blanchissement des récifs coralliens lors d’une augmentation de température.
DOCUMENT 1Organisation du corail à différentes échelles
A. Schémas d’une coupe de polype (à gauche) et de sa paroi (à droite)
D’après P. Furla, Biofutur, 1999
B. Observation microscopique d’une zooxanthelle, algue unicellulaire
D’après H. Yamashita et al., PLoS One, 2007
DOCUMENT 2Effets de différents milieux de culture sur l’activité métabolique des zooxanthelles
Trois milieux sont réalisés :
milieu 1 : des zooxanthelles isolées dans une eau de mer filtrée enrichie en CO2 radioactif ;
milieu 2 : des polypes associés aux zooxanthelles dans une eau de mer filtrée enrichie en CO2 radioactif ;
milieu 3 : des polypes dépourvus de zooxanthelles dans une eau de mer filtrée enrichie en CO2 radioactif.
On détecte alors la radioactivité dans diverses molécules organiques contenues dans les zooxanthelles et dans les cellules du polype au cours du temps, à l’obscurité et à la lumière.
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Détection de la radioactivité |
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Dans les zooxanthelles isolées (milieu 1) |
Dans les cellules du polype associées aux zooxanthelles (milieu 2) |
Dans les cellules du polype dépourvues de zooxanthelles (milieu 3) |
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À l’obscurité |
– |
– |
– |
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À la lumière (temps en secondes) |
5 |
+ |
– |
– |
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30 |
+ |
– |
– |
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360 |
+ |
+ |
– |
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(+) : radioactivité détectée
(–) : radioactivité non détectée
Par ailleurs, l’étude des molécules organiques a permis d’identifier, parmi les composés marqués, des acides aminés ainsi que des traces de glucose.
DOCUMENT 3Effet de la température sur les zooxanthelles
Dans les eaux tropicales où se développent les coraux, la température moyenne est de 27 °C. On estime que les changements climatiques provoqueraient une augmentation de température de l’ordre de 5 °C.
A. Nombre de zooxanthelles au sein du polype en fonction de la température
B. Concentration de chlorophylle dans les zooxanthelles en fonction de la température
D’après O. Hoegh-Guldberg et G.J. Smith, Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 1989
C. Nombre de zooxanthelles expulsées d’un polype en fonction de la température
D’après le site hdl.handle.net/2268/6023
Les clés du sujet
Étape 1. Comprendre le sujet
Il faut en premier lieu comprendre que la couleur des polypes des coraux est due à leur association symbiotique (endosymbiose) avec des algues unicellulaires, les zooxanthelles, organismes chlorophylliens autotrophes. Cette endosymbiose est bénéfique pour les polypes. Il s’agit d’expliquer comment une augmentation de la température de l’eau perturbe cette endosymbiose, la diminue, d’où le blanchissement qui affecte la nutrition des polypes jusqu’à provoquer à terme leur mort.
Étape 2. Exploiter les documents
Le document 1 met en évidence l’association physique entre les polypes et les zooxanthelles chlorophylliennes et montre ainsi que la couleur des polypes est due à cette association.
Le document 2 fournit des données expérimentales mettant en évidence l’autotrophie des zooxanthelles et le bénéfice qu’en tirent les polypes des coraux.
Le document 3 renseigne sur l’évolution du nombre de zooxanthelles associées aux polypes lorsque la température de l’eau de mer passe de 27 °C à 32 °C, c’est-à-dire lorsqu’elle augmente de 5 °C. Le document 3c explique le mécanisme à l’origine de cette évolution.
Étape 3. Construire la réponse
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I. L’association polypes-zooxanthelles |
Dégagez l’idée d’une association étroite, intime, entre des organismes non chlorophylliens, les polypes, et les zooxanthelles chlorophylliennes, et indiquez que la couleur de cette association est due aux zooxanthelles. |
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II. Le métabolisme des zooxanthelles et son importance pour les polypes |
Utilisez la méthode comparative pour établir que les zooxanthelles sont autotrophes et les polypes hétérotrophes. Soulignez le bénéfice des matières organiques synthétisées par les zooxanthelles pour les polypes. |
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III. Le blanchissement des coraux |
Dégagez l’information selon laquelle l’augmentation de la température de l’eau au-delà de 27 °C et surtout 30 °C entraîne une diminution du nombre de zooxanthelles dans les polypes, mais n’a pas d’effet sur la teneur en chlorophylle de ces algues. Indiquez le mécanisme déclenché par l’augmentation de la température de l’eau qui cause une diminution du nombre de ces algues dans les cellules des polypes. |
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Conclusion |
Expliquez le blanchissement des coraux par l’effet de l’augmentation de la température de l’eau de mer sur le nombre de zooxanthelles présentes dans les cellules de la couche interne des polypes. Indiquez les conséquences sur la nutrition des polypes. |
Le blanchissement des récifs coralliens est lié au réchauffement climatique. Après avoir précisé les caractéristiques du métabolisme du polype et des zooxanthelles associées, nous expliquerons comment le réchauffement climatique affecte les coraux.
I. L’association polype-zooxanthelles (document 1)
La paroi du polype (document 1a) est constituée de deux couches de cellules ; les cellules de la couche interne renferment des zooxanthelles.
Le document 1b indique que les zooxanthelles sont des organismes unicellulaires chlorophylliens puisqu’ils contiennent des chloroplastes. La couleur des polypes est due à cette association avec les zooxanthelles.
II. Le métabolisme des zooxanthelles et son importance pour les polypes (document 2)
Comparaison des colonnes 1 et 3 du document 2 :
La colonne 1 montre qu’au bout de 5 secondes, il y a présence de matières organiques radioactives (acides aminés, glucose…) dans les zooxanthelles. La seule substance radioactive du milieu étant le dioxyde de carbone, cela signifie que ces matières organiques ont été synthétisées en utilisant ce CO2 radioactif. Cette synthèse n’a pas lieu dans l’obscurité. Le métabolisme en jeu est donc la photosynthèse : les zooxanthelles sont des organismes autotrophes.
La colonne 3 montre que les cellules du polype dépourvues de zooxanthelles n’ont pas, à la lumière, synthétisé de molécules organiques radioactives : elles sont incapables de réaliser la photosynthèse.
Comparaison des colonnes 2 et 3 du document 2 :
Contrairement à celles du milieu 3, les cellules du polype du milieu 2, associées aux zooxanthelles, contiennent des matières organiques radioactives au bout de 360 secondes. La seule explication possible est que ces matières organiques proviennent des zooxanthelles.
L’alimentation des cellules du polype est assurée, au moins en partie, par les matières organiques synthétisées par les zooxanthelles associées.
à noter
Le texte d’introduction du sujet indique que les polypes vivent en symbiose avec les algues, ce qui suppose que les algues bénéficient aussi de l’association. Le sujet ne renseigne pas sur ce point. On peut au moins penser qu’elles bénéficient du CO2 produit par la respiration des cellules du polype.
III. Le blanchissement des coraux
Le document 3a montre qu’à partir de 27 °C une augmentation de la température entraîne une baisse du nombre de zooxanthelles ; cette diminution du nombre de zooxanthelles, peu significative à 30 °C, devient particulièrement importante au-delà. En effet à 32 °C, le nombre de zooxanthelles est 2,5 fois plus faible qu’à 27 °C, ce qui est très nettement supérieur aux valeurs de la barre d’erreur.
Le document 3b indique que la concentration en chlorophylle des zooxanthelles ne varie pratiquement pas lorsque la température passe de 27 °C à 32 °C. Les variations constatées sont inférieures aux valeurs des barres d’erreur et ne sont donc pas significatives.
Le blanchissement des coraux est donc dû à une réduction de la densité des zooxanthelles dans les cellules du polype et non à un appauvrissement en chlorophylle de ces algues.
Le document 3c indique que le polype expulse sans cesse des zooxanthelles. Ce phénomène, faible à 27 °C, devient très important à 32 °C.
à noter
Même à 27 °C, les polypes expulsent sans cesse des zooxanthelles, à un rythme faible ; cette perte d’algues est compensée par une entrée équivalente.
La réduction du nombre de zooxanthelles dans les cellules des coraux lorsque la température passe de 27 °C à 32 °C est donc due à une expulsion des algues par les cellules du polype, expulsion favorisée par l’élévation de température.
Conclusion
Les coraux présentent une association durable entre un polype hétérotrophe et une algue autotrophe. Les polypes bénéficient des matières organiques fabriquées par les zooxanthelles. L’augmentation de la température des eaux entraîne une expulsion d’une partie des algues, d’où le blanchissement des polypes et, par suite, du récif corallien dans son ensemble. En outre, la diminution de la fourniture de matières organiques par les zooxanthelles aux polypes peut entraîner la mort de ces derniers.