Mer profonde - Deep sea

Zones marines profondes

La mer profonde ou couche profonde est la couche la plus basse de l' océan , existant sous la thermocline et au-dessus du fond marin , à une profondeur de 1 000 brasses (1 800 m) ou plus. Peu ou pas de lumière pénètre dans cette partie de l'océan, et la plupart des organismes qui y vivent dépendent pour leur subsistance de la chute de matière organique produite dans la zone photique . Pour cette raison, les scientifiques ont autrefois supposé que la vie serait rare dans l'océan profond, mais pratiquement toutes les sondes ont révélé qu'au contraire, la vie est abondante dans l'océan profond.

En 1960, le Bathyscaphe Trieste est descendu au fond de la fosse des Mariannes près de Guam , à 10 911 m (35 797 pi; 6,780 mi), l'endroit le plus profond connu de tous les océans. Si le mont Everest (8 848 mètres) y était submergé, son sommet se trouverait à plus d'un kilomètre sous la surface. Après le retrait du Trieste , le véhicule télécommandé (ROV) japonais Kaikō était le seul navire capable d'atteindre cette profondeur jusqu'à sa perte en mer en 2003. En mai et juin 2009, le ROV hybride (HROV) Nereus est revenu à le Challenger Deep pour une série de trois plongées à des profondeurs dépassant les 10 900 mètres.

Il a été suggéré que l'on en sait plus sur la Lune que sur les parties les plus profondes de l'océan. La vie au fond des océans était supposée dépendre uniquement de la matière organique tombante, et donc finalement du soleil, pour sa source d'énergie jusqu'à la découverte de colonies prospères de crevettes et d'autres organismes autour des sources hydrothermales à la fin des années 1970. Les nouvelles découvertes ont révélé des groupes de créatures qui obtenaient des nutriments et de l'énergie directement à partir de sources thermiques et de réactions chimiques associées aux modifications des gisements minéraux. Ces organismes prospèrent dans des environnements complètement dépourvus de lumière et anaérobies dans une eau très salée pouvant atteindre 300 °F (150 °C), tirant leur subsistance du sulfure d'hydrogène , qui est hautement toxique pour presque toute la vie terrestre. La découverte révolutionnaire que la vie peut exister dans ces conditions extrêmes a changé les opinions sur les chances qu'il y ait de la vie ailleurs dans l'univers. Les scientifiques spéculent maintenant qu'Europe , l'une des lunes de Jupiter , pourrait être en mesure de soutenir la vie sous sa surface glacée, où il existe des preuves d'un océan mondial d'eau liquide.

Caractéristiques environnementales

Léger

La lumière naturelle ne pénètre pas dans les profondeurs de l'océan, à l'exception des parties supérieures du mésopélagique . La photosynthèse n'étant pas possible, les plantes et le phytoplancton ne peuvent pas vivre dans cette zone, et comme ce sont les principaux producteurs de presque tous les écosystèmes terrestres, la vie dans cette zone de l'océan doit dépendre de sources d'énergie venues d'ailleurs. A l'exception des zones proches des sources hydrothermales, cette énergie provient de la matière organique descendant de la zone photique . La matière organique qui coule est composée de particules d'algues, de détritus et d'autres formes de déchets biologiques, qui sont collectivement appelées neige marine .

Pression

Parce que la pression dans l'océan augmente d'environ 1 atmosphère pour chaque 10 mètres de profondeur, la quantité de pression subie par de nombreux organismes marins est extrême. Jusqu'à ces dernières années, la communauté scientifique manquait d'informations détaillées sur les effets de la pression sur la plupart des organismes des grands fonds parce que les spécimens rencontrés sont arrivés à la surface morts ou mourants et n'étaient pas observables aux pressions auxquelles ils vivaient. Avec l'avènement des pièges qui intègrent une chambre spéciale de maintien de la pression, des animaux métazoaires plus grands et non endommagés ont été récupérés des eaux profondes en bon état.

Salinité

La salinité est remarquablement constante dans toute la mer profonde, à environ 35 parties pour mille. Il existe quelques différences mineures de salinité, mais aucune n'est écologiquement significative, sauf en Méditerranée et en mer Rouge.

Température

Thermocline de l'océan tropical.

Les deux zones de plus grand gradient de température dans les océans sont la zone de transition entre les eaux de surface et les eaux profondes, la thermocline, et la transition entre les fonds marins et les flux d'eau chaude au niveau des cheminées hydrothermales. Les thermoclines varient en épaisseur de quelques centaines de mètres à près de mille mètres. En dessous de la thermocline, la masse d'eau de l'océan profond est froide et bien plus homogène . Les thermoclines sont les plus fortes sous les tropiques, où la température de la zone épipélagique est généralement supérieure à 20 °C. A partir de la base de l'épipélagique, la température descend sur plusieurs centaines de mètres jusqu'à 5 ou 6 °C à 1 000 mètres. Il continue de diminuer vers le bas, mais le rythme est beaucoup plus lent. L' eau froide provient de l' enfoncement des eaux de surface lourdes dans les régions polaires .

À une profondeur donnée, la température est pratiquement invariable sur de longues périodes de temps, sans changements saisonniers et avec très peu de variabilité interannuelle. Aucun autre habitat sur terre n'a une température aussi constante.

Dans les bouches hydrothermales, la température de l'eau à la sortie des cheminées des « fumoirs noirs » peut atteindre 400 °C (elle est empêchée de bouillir par la haute pression hydrostatique) alors qu'en quelques mètres elle peut redescendre à 2 à 4°C.

La biologie

Les régions sous l' épipélagique sont divisées en d'autres zones, à commencer par la mésopélagique qui s'étend de 200 à 1000 mètres sous le niveau de la mer, où si peu de lumière pénètre que la production primaire devient impossible. Au-dessous de cette zone commence la mer profonde, constituée des aphotiques bathypélagiques , abyssopélagiques et hadopélagiques . La nourriture se compose de chutes de matière organique connue sous le nom de « neige marine » et de carcasses provenant de la zone productive située au-dessus, et est rare en termes de distribution spatiale et temporelle.

Au lieu de dépendre du gaz pour leur flottabilité, de nombreuses espèces d'eau profonde ont une chair ressemblant à de la gelée composée principalement de glycosaminoglycanes , ce qui leur confère une très faible densité. Il est également courant chez les calmars d' eau profonde de combiner le tissu gélatineux avec une chambre de flottation remplie d'un fluide cœlomique composé du déchet métabolique chlorure d'ammonium , qui est plus léger que l'eau environnante.

Les poissons pélagiques ont des adaptations spéciales pour faire face à ces conditions - ils sont petits, mesurant généralement moins de 25 centimètres (10 pouces); ils ont un métabolisme lent et des régimes alimentaires non spécialisés, préférant s'asseoir et attendre de la nourriture plutôt que de gaspiller de l'énergie à la chercher. Ils ont un corps allongé avec des muscles et des structures squelettiques faibles et aqueux . Ils ont souvent des mâchoires articulées extensibles avec des dents recourbées. En raison de la répartition clairsemée et du manque de lumière, il est difficile de trouver un partenaire avec lequel se reproduire et de nombreux organismes sont hermaphrodites .

Parce que la lumière est si rare, les poissons ont souvent des yeux tubulaires plus grands que la normale avec seulement des cellules en bâtonnets . Leur champ de vision vers le haut leur permet de rechercher la silhouette d'éventuelles proies. Les poissons proies ont cependant aussi des adaptations pour faire face à la prédation . Ces adaptations concernent principalement la réduction des silhouettes, une forme de camouflage . Les deux principales méthodes permettant d'y parvenir sont la réduction de la zone d'ombre par compression latérale du corps et le contre-éclairage par bioluminescence . Ceci est réalisé par la production de lumière à partir de photophores ventraux , qui ont tendance à produire une telle intensité lumineuse pour rendre le dessous du poisson d'apparence similaire à la lumière de fond. Pour une vision plus sensible en basse lumière , certains poissons ont un rétroréflecteur derrière la rétine . Les poissons à lampe de poche ont cela en plus des photophores , combinaison qu'ils utilisent pour détecter la brillance des yeux chez d'autres poissons (voir tapetum lucidum ).

Les organismes des grands fonds dépendent presque entièrement du naufrage de la matière organique vivante et morte qui tombe à environ 100 mètres par jour. De plus, seulement 1 à 3 % environ de la production de la surface atteint le fond marin principalement sous forme de neige marine. Des chutes de nourriture plus importantes, telles que des carcasses de baleines , se produisent également et des études ont montré que celles-ci peuvent se produire plus souvent qu'on ne le pense actuellement. De nombreux charognards se nourrissent principalement ou entièrement de grosses chutes de nourriture et la distance entre les carcasses de baleines est estimée à seulement 8 kilomètres. De plus, il existe un certain nombre de filtreurs qui se nourrissent de particules organiques à l'aide de tentacules, comme Freyella elegans .

Les bactériophages marins jouent un rôle important dans le recyclage des nutriments dans les sédiments des grands fonds. Ils sont extrêmement abondants (entre 5×10 12 et 1×10 13 phages par mètre carré) dans les sédiments du monde entier.

En dépit d'être si isolés, les organismes des grands fonds ont toujours été endommagés par l'interaction humaine avec les océans. La Convention de Londres vise à protéger le milieu marin contre le déversement de déchets tels que les boues d'épuration et les déchets radioactifs . Une étude a révélé que dans une région, il y avait eu une diminution des coraux des grands fonds de 2007 à 2011, cette diminution étant attribuée au réchauffement climatique et à l'acidification des océans, et la biodiversité est estimée à son plus bas niveau en 58 ans. L'acidification des océans est particulièrement nocive pour les coraux des grands fonds car ils sont constitués d'aragonite, un carbonate facilement soluble, et parce qu'ils ont une croissance particulièrement lente et qu'ils mettront des années à se rétablir. Le chalutage en eaux profondes nuit également à la biodiversité en détruisant les habitats en eaux profondes qui peuvent prendre des années à se former. L'exploitation minière est une autre activité humaine qui a modifié la biologie des grands fonds. Une étude a révélé que sur un site minier, les populations de poissons avaient diminué à six mois et à trois ans, et qu'après vingt-six ans, les populations étaient revenues aux mêmes niveaux qu'avant la perturbation.

Chimiosynthèse

Il existe un certain nombre d'espèces qui ne dépendent pas principalement de la matière organique dissoute pour leur nourriture et celles-ci se trouvent dans les sources hydrothermales . Un exemple est la relation symbiotique entre le ver tubicole Riftia et les bactéries chimiosynthétiques. C'est cette chimiosynthèse qui soutient les communautés complexes que l'on peut trouver autour des cheminées hydrothermales. Ces communautés complexes sont l'un des rares écosystèmes de la planète à ne pas dépendre de la lumière du soleil pour leur approvisionnement en énergie.

Adaptation à la pression hydrostatique

Les poissons d'eau profonde ont différentes adaptations dans leurs protéines, leurs structures anatomiques et leurs systèmes métaboliques pour survivre dans les eaux profondes, où les habitants doivent résister à une grande quantité de pression hydrostatique. Alors que d'autres facteurs tels que la disponibilité de la nourriture et l'évitement des prédateurs sont importants, les organismes des grands fonds doivent avoir la capacité de maintenir un système métabolique bien régulé face à des pressions élevées. Afin de s'adapter à l'environnement extrême, ces organismes ont développé des caractéristiques uniques.

Les protéines sont fortement affectées par la pression hydrostatique élevée, car elles subissent des changements dans l'organisation de l'eau pendant les réactions d'hydratation et de déshydratation des événements de liaison. Cela est dû au fait que la plupart des interactions enzyme-ligand se forment par le biais d'interactions chargées ou polaires sans charge. Parce que la pression hydrostatique affecte à la fois le repliement et l'assemblage des protéines et l'activité enzymatique, les espèces d'eau profonde doivent subir des adaptations physiologiques et structurelles pour préserver la fonctionnalité des protéines contre la pression.

L'actine est une protéine essentielle à différentes fonctions cellulaires. La α-actine sert de composant principal pour la fibre musculaire, et elle est hautement conservée chez de nombreuses espèces différentes. Certains poissons d'eau profonde ont développé une tolérance à la pression grâce au changement de mécanisme de leur -actine. Chez certaines espèces qui vivent à des profondeurs supérieures à 5000 m, C.armatus et C.yaquinae ont des substitutions spécifiques sur les sites actifs de l'α-actine, qui sert de composant principal de la fibre musculaire. Ces substitutions spécifiques, Q137K et V54A de C. armatus ou I67P de C.yaquinae devraient avoir une importance dans la tolérance à la pression. La substitution dans les sites actifs de l'actine entraîne des changements significatifs dans les modèles de pont salin de la protéine, ce qui permet une meilleure stabilisation de la liaison de l'ATP et de l'arrangement des sous-unités, confirmé par l'analyse de l'énergie libre et la simulation de la dynamique moléculaire. Il a été constaté que les poissons d'eau profonde ont plus de ponts salins dans leurs actines par rapport aux poissons habitant les zones supérieures de la mer.

En ce qui concerne la substitution des protéines, des osmolytes spécifiques se sont avérés abondants chez les poissons d'eau profonde sous une pression hydrostatique élevée. Pour certains chondrichtyens , il a été constaté que le N-oxyde de triméthylamine (TMAO) augmentait avec la profondeur, remplaçant d'autres osmolytes et l'urée. En raison de la capacité du TMAO à protéger les protéines des protéines déstabilisantes à haute pression hydrostatique, les fonctions d'ajustement de l'osmolyte constituent une adaptation importante pour les poissons d'eau profonde afin de résister à une pression hydrostatique élevée.

Les organismes des grands fonds possèdent des adaptations moléculaires pour survivre et prospérer dans les océans profonds. L'escargot Mariana hadal a développé une modification du gène de l' ostéocalcine ( bglap ), où une terminaison prématurée du gène a été trouvée. Le gène de l'ostéocalcine régule le développement osseux et la minéralisation des tissus, et la mutation de décalage du cadre semble avoir entraîné une formation osseuse à base de crâne et de cartilage ouvert. En raison de la pression hydrostatique élevée dans la mer profonde, les crânes fermés que les organismes vivant à la surface développent ne peuvent pas résister au stress. De même, les développements osseux courants observés chez les vertébrés de surface ne peuvent pas maintenir leur intégrité structurelle sous une pression élevée constante.

Exploration

Décrire le fonctionnement et l'utilisation d'un atterrisseur autonome (RV Kaharoa) dans la recherche en haute mer ; les poissons vus sont le grenadier abyssal ( Coryphaenoides armatus ).

La mer profonde est l'une des zones les moins explorées sur Terre. Les pressions, même dans le domaine mésopélagique, deviennent trop importantes pour les méthodes d'exploration traditionnelles, exigeant des approches alternatives pour la recherche en haute mer. Les stations de caméra appâtées, les petits submersibles habités et les ROV ( véhicules télécommandés ) sont trois méthodes utilisées pour explorer les profondeurs de l'océan. En raison de la difficulté et du coût d'exploration de cette zone, les connaissances actuelles sont limitées. La pression augmente d'environ une atmosphère tous les 10 mètres, ce qui signifie que certaines zones de la mer profonde peuvent atteindre des pressions supérieures à 1 000 atmosphères. Cela rend non seulement de grandes profondeurs très difficiles à atteindre sans aides mécaniques, mais constitue également une difficulté importante lorsque l'on tente d'étudier des organismes susceptibles de vivre dans ces zones, car leur chimie cellulaire sera adaptée à des pressions aussi importantes.

Voir également

Les références

Liens externes