Images de science : féeriques mais toxiques, ces micro-algues de l’océan

Depuis la mi-mars 2021, des vagues bleutées émerveillent les californiens de Laguna Beach. Bien qu’annuel, ce phénomène a atteint un paroxysme au printemps 2020. L’océan Pacifique s’est alors teinté de rouge carmin en journée, faisant place à de magnifiques lames de lumière bleu vif à la tombée de la nuit, sous les yeux émerveillés des observateurs.

Ce phénomène de marée rouge de jour et luminescente de nuit est le résultat de la prolifération massive de la micro-algue rouge Lingulodinium polyedra, observée en Afrique du Sud, au nord-ouest de l’Espagne, sur les côtes mexicaines et californiennes. Certaines de ces marées rouges sont de réelles catastrophes écologiques et économiques car elles provoquent la mort de nombreux organismes marins (poissons, mollusques, mammifères ou oiseaux).

Dans toutes les régions du monde où ces phénomènes existent, on assiste actuellement à une augmentation de la fréquence et de l’intensité des marées rouges et des efflorescences de micro-algues toxiques en général. L’augmentation de la température de l’eau et les rejets humains en azote et phosphore sont suspectés d’être les causes principales de ces changements.

Féeriques

Toutes les marées rouges ne sont pas bioluminescentes. Pour certaines espèces de micro-algues qui sont lumineuses, c’est une stimulation mécanique, comme l’action des vagues qui s’écrasent sur la plage ou le passage d’un bateau, qui déclenche la bioluminescence. La lumière émise par ces micro-algues suit un rythme journalier, avec une intensité forte observable la nuit et une lumière inexistante ou négligeable de jour. La durée des flashes ainsi que leur intensité varient entre les espèces, et peuvent être liées à la taille des cellules (les cellules les plus grosses émettant plus de lumière). Par exemple, L. polyedra émet en moyenne pendant 130 à 150 ms mais Pyrocystis fusiformis peut émettre des flashes qui durent jusqu’à 500 ms. L’intensité des flashes est de l’ordre de 10⁸ à 10⁹ photons par seconde, une lueur relativement faible pour l’œil humain.

Le rôle écologique de la bioluminescence reste encore mal connu, mais certaines espèces de dinoflagellés utiliseraient cette lumière comme une « alarme de cambriolage ». Lorsque les dinoflagellés sont consommés par un prédateur, l’émission de lumière est visible à distance et attire un prédateur secondaire (poisson par exemple) qui va attaquer le premier prédateur de dinoflagellés et ainsi, les sauver de la prédation. Cependant, il a été récemment mis en avant que L. polyedra émet une lumière plus faible que d’autres espèces et serait moins efficace pour attirer des prédateurs visuels.

Une double cause de toxicité

Le mécanisme derrière leur toxicité dépend de l’espèce de dinoflagellé : dans certains cas, la forte abondance de micro-algues provoque une anoxie délétère pour les autres organismes, tandis que d’autres espèces synthétisent de puissantes toxines.

L. polyedra est connue pour synthétiser de la yessotoxine, mais en quantités infimes. Et pourtant, la marée rouge de L. polyedra a provoqué le décès de nombreux organismes marins : crabes, bivalves, pieuvres, poissons, et dauphins. Cette mortalité est difficilement attribuable à la yessotoxine dans la mesure où cette toxine est peu puissante et était faiblement concentrée dans l’eau – comme nous le montrons dans une étude en cours de validation par les pairs. En revanche, la concentration en oxygène dissous dans l’eau et le pH de l’eau ont chuté tous les deux lors de cette période, et une odeur nauséabonde type œuf pourri émanant de cette efflorescence rouge, et perçue à plusieurs kilomètres des côtes, a perduré pendant une semaine, indiquant une intense production de gaz sulfurés par les bactéries. À l’heure actuelle, nous étudions donc les pistes d’une anoxie du milieu et de la production de gaz sulfurés, comme causes vraisemblables de la mortalité observée.

Chez les humains, la yessotoxine pourrait être responsable des divers symptômes observés – démangeaisons, yeux irrités, maux de gorge, nausées. En effet, pour la première fois, elle a été détectée dans les aérosols marins au niveau de la plage de La Jolla pendant cette marée rouge. Notre système respiratoire étant incroyablement sensible, il n’est pas invraisemblable que les niveaux de yessotoxine détectés soient à l’origine des afflictions humaines signalées. L’aérosolisation des toxines produites par d’autres dinoflagellés toxiques sont aussi observées en Floride avec Karenia brevis (brevetoxines) et en Méditerranée avec Ostreopsis cf. ovata (ovatoxines).

Très peu d’espèces d’algues sont à la fois toxiques et bioluminescentes. La capacité conjointe de L. polyedra d’émettre de la bioluminescence et des toxines pourrait être liée à un mécanisme d’aposématisme, prévenant visuellement de la dangerosité de s’attaquer à elles.

Severine Martini, Chargée de recherche CNRS en Océanographie, à l'Institut Méditerranéen d'Océanologie, Aix-Marseille Université (AMU) et Eva Ternon, Chercheur en écologie chimique marine, Institut de la Mer de Villefranche, Sorbonne Université

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.