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1.4 : Remplissage des écosystèmes marins - Biologie

1.4 : Remplissage des écosystèmes marins - Biologie



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Cela s'est produit pendant les périodes cambrienne et ordovicienne, qui se sont poursuivies conjointement pendant près de 100 millions d'années. À la fin de l'Ordovicien, l'Afrique a frappé le pôle Sud, ce qui a entraîné une grave glaciation.

La mer, dans une large mesure, a prévalu sur la terre et a ainsi créé des conditions exceptionnellement favorables au développement des communautés marines, qui à cette époque sont finalement devenues similaires à ce que nous voyons aujourd'hui. Pour certains groupes, il n'y avait pas « suffisamment d'espace » dans la mer, et, par conséquent, la colonisation des terres à partir d'organismes supérieurs a commencé.

À cette époque, tous les principaux types et même les classes d'invertébrés et de vertébrés et de plantes terrestres existaient déjà. Les stromatolites sont passés en « arrière-plan » des écosystèmes et ont été remplacés par d'autres constructeurs de biohermes (structures organiques de type récifal) comme les archéocyathes (Fig. 2.2.13, groupe probablement proche des éponges) et les algues calcaires rouges et vertes. Les archéocyathes se sont éteints à la fin de l'Ordovicien, mais des algues calcaires ont survécu.

Au Cambrien, il y avait une grande variété de différents groupes d'animaux, généralement petite taille et avec un squelette de différents types (phosphate, calcaire, organique) : c'était une conséquence de la « révolution squelettique ». certains d'entre eux étaient des rampants, des nageurs et des fouisseurs.

Parmi les bilatères des fonds marins, les trilobites (un groupe éteint d'arthropodes) dominaient, il y avait aussi de nombreux autres groupes d'arthropodes et de lobopodes (intermédiaires entre les « vers » et arthropodes ressemblant à des nématodes ecdysozoaires), ainsi que divers spiraliens, à savoir les brachiopodes et les mollusques (Fig. 2.2.21, 2.2.22) y compris les céphalopodes qui jouaient le rôle de prédateurs pélagiques, précédant les scorpions de mer et les poissons blindés. Il y avait aussi beaucoup d'échinodermes, principalement des nénuphars et de nombreuses autres classes, maintenant éteintes (Fig. 2.2.15). Les premiers poissons sans mâchoire (Fig. 2.2.17, rangée du haut) faisaient également partie de la vie pélagique.

On peut supposer qu'à cette époque a commencé l'« exode » massif des invertébrés vers la terre. Peut-être y avait-il déjà une faune du sol, composée de nématodes, de petits arthropodes et d'autres organismes similaires.

Les algues vertes ont progressivement remplacé les algues rouges dans les communautés. Pour certains d'entre eux, comme pour certains invertébrés, il n'y avait « pas assez d'espace » dans l'océan, et ils se sont mis à conquérir la terre. Les conditions de vie en dehors de l'océan étaient beaucoup plus strictes pour les plantes que pour les animaux, de sorte que le processus d'adaptation a pris beaucoup de temps. Les premières plantes terrestres sont connues dès l'Ordovicien ; il s'agissait probablement d'hépatiques (Fig. 2.2.10, en haut à gauche). La conquête des terres pour les plantes a été concertée avec le développement d'une symbiose avec des champignons mycorhiziens (Fig. 2.2.5). Apparemment, parmi les premiers organismes photosynthétiques terrestres se trouvaient des symbioses, à la fois avec un champignon prédominant et une algue prédominante. La première a donné naissance aux lichens, qui ont pris les habitats les plus extrêmes, et la seconde aux plantes terrestres contemporaines.

Plantes terrestres a dû résoudre de nombreux problèmes. Il y avait, en particulier, l'approvisionnement en eau (ils ont donc développé un système vasculaire), les échanges gazeux (stomates acquis), la compétition pour la lumière (le corps a commencé à se développer verticalement à l'aide de tissus de soutien) et la dispersion des spores (stade diploïde, sporophyte, a commencé pour former des sporanges sur une longue tige contenant des spores recouvertes d'une enveloppe épaisse).

L'optimisation de la cycle de la vie. Les ancêtres putatifs des plantes terrestres, les algues vertes charophytes, n'avaient pas de sporophyte car leur zygote passe à la méiose presque immédiatement après la fécondation. De nouveaux sporophytes pourraient apparaître en rapport avec la nécessité de disperser les spores des plantes poussant dans les eaux peu profondes, où le vent agissait comme l'agent de dispersion le plus efficace. Premièrement, les sporophytes ne servaient probablement que pour le stockage des spores haploïdes, mais plus tard, la plupart des fonctions du gamétophyte ont été transférées au sporophyte.

Il est important de noter également que la colonisation de la terre par les plantes devait se produire après la formation de sol, le processus impliquait des bactéries, des champignons et des invertébrés. De plus, le terme « colonisation des terres » n'est pas exact puisque la terre réelle au sens usuel de l'époque n'existait pas ; il était en effet immense, souvent totalement inondé cet espace marécage-fond marin, entrecoupé de formations rocheuses ; il n'y avait pas d'eau douce permanente. On peut dire ça les animaux et les plantes ont fait la terre eux-mêmes, arrêtant l'érosion qui régnait autrefois à la surface de la terre. Le type de terrain qui nous est familier s'est formé lentement; on peut, par exemple, supposer que jusqu'au Jurassique les bassins versants étaient complètement dépourvus de végétation.


Unités marines écologiques

Un océan sain peut réduire la pauvreté, lutter contre la faim, limiter les impacts du changement climatique et améliorer l'économie mondiale. Pour atteindre ces idéaux et soutenir la durabilité des océans, il est nécessaire de disposer d'une méthode de base pour comprendre les écosystèmes océaniques et d'un cadre pour détecter les changements. Les unités marines écologiques (UME) sont des écosystèmes de base cartographiés en 3D de l'océan qui ont été classés par regroupement statistique. Ils sont publiés dans la revue à comité de lecture Océanographie.

Les UEM profitent grandement à la conception des aires marines protégées (AMP), leur utilisation est également précieuse pour la recherche scientifique et l'enseignement en classe


Chaînes alimentaires marines et biodiversité

Les élèves utilisent des cartes d'organismes marins et des classifications de niveaux trophiques pour identifier et décrire les chaînes alimentaires dans plusieurs écosystèmes marins.

Biologie, Ecologie, Sciences de la Terre, Océanographie, Géographie, Géographie physique

Liens

Site Internet

1. Définir le rôle des microbes marins.
Expliquez aux élèves que, dans une seule goutte d'eau salée, des milliers de microbes (petits organismes), y compris des bactéries et du phytoplancton (petites plantes flottantes), interagissent pour former la base du réseau trophique de l'ensemble de l'océan. L'oxygène et la biomasse qu'ils produisent soutiennent également la vie terrestre. Dites aux élèves que le phytoplancton (algues) absorbe la lumière du soleil, des nutriments, du dioxyde de carbone et de l'eau pour produire de l'oxygène et de la nourriture pour d'autres organismes. Interroger: Comment s'appelle ce processus? (photosynthèse) Expliquez que d'autres microbes, comme de nombreuses bactéries, jouent un rôle à l'autre extrémité de la chaîne alimentaire en décomposant les matières végétales et animales mortes et en les transformant en une forme qui peut être réutilisée comme nutriments par le phytoplancton et d'autres organismes . Interroger: Comment s'appelle ce processus? (décomposition)

2. Regardez la vidéo National Geographic “Tiny New Sea Species Discovered.”

Montrez aux élèves la vidéo de National Geographic (2 minutes et 30 secondes) intitulée « Tiny New Sea Species Discovered ».

  • Quel est l'objectif du Recensement de la vie marine? (pour que les scientifiques essaient de découvrir autant que possible sur la diversité, la distribution et l'abondance de la vie dans l'océan d'ici dix ans)
  • Qu'ont appris les scientifiques sur l'importance des microbes dans l'océan ? (Les microbes jouent un rôle clé dans la façon dont les nutriments se déplacent dans l'océan.)
  • Que pèsent collectivement tous les microbes de l'océan mondial ? (l'équivalent de 240 milliards d'éléphants d'Afrique, soit environ 90 pour cent de toute la biomasse des océans)

Résumez que les microbes, y compris le phytoplancton et les bactéries, sont respectivement le début et la fin des chaînes alimentaires océaniques et sont donc des composants essentiels des écosystèmes marins.

3. Introduire le vocabulaire du niveau trophique.
Interroger: Qu'est-ce qu'une chaîne alimentaire ? Demandez aux élèves d'énumérer les organismes d'une chaîne alimentaire terrestre ou aquatique qu'ils connaissent bien. Expliquez aux élèves que le niveau trophique d'un organisme est la position qu'il occupe dans la chaîne alimentaire. Le niveau trophique d'un organisme est mesuré par le nombre d'étapes qui l'éloignent d'un producteur primaire/autotrophe (photosynthétiseur). Écrivez les niveaux trophiques et les définitions énumérés ci-dessous au tableau, en laissant de côté les exemples fournis. Demandez aux élèves d'essayer d'identifier le niveau trophique de chacun des organismes de leur liste. Invitez des volontaires à partager leurs réponses avec la classe. Discutez des bonnes réponses. Ensuite, demandez aux élèves de réfléchir à des exemples océaniques de chaque niveau trophique et d'écrire leurs réponses correctes au tableau. Finalement, ajoutez tous les exemples énumérés ci-dessous.

  • producteur primaire/autotrophes—organismes, comme les plantes, qui produisent de la nourriture. Exemples : phytoplancton, algues
  • consommateur primaire/hétérotrophe—un animal qui mange des producteurs primaires. Exemples : moules, huîtres, krill, copépodes, crevettes
  • consommateur secondaire/hétérotrophe—un animal qui mange les principaux consommateurs. Exemples : crabe à pince bleue, homard, étoile de mer, baleine à bosse, capucette
  • consommateur tertiaire/hétérotrophe—un animal qui mange des consommateurs secondaires. Exemples : requin, dauphin
  • prédateur/hétérotrophe apex—un animal au sommet de la chaîne alimentaire sans prédateurs. Exemples : requin, dauphin
  • décomposeur/détritivores—organismes qui décomposent les matières végétales et animales mortes et les déchets et les libèrent à nouveau sous forme d'énergie et de nutriments dans l'écosystème. Exemples : bactéries, champignons, vers, crabes

4. Demandez aux élèves de regarder la vidéo National Geographic “Krill.”
Expliquez aux élèves qu'ils vont regarder une vidéo qui met en valeur une chaîne alimentaire marine. Dites aux élèves que pendant qu'ils regardent le film, ils vont écrire des exemples d'organismes de chaque niveau trophique. Une fois le film terminé, ils identifieront le niveau trophique de chaque organisme à l'aide des informations du tableau. Montrez aux élèves la vidéo National Geographic (2 minutes) “Krill.”. Une fois la vidéo terminée, laissez aux élèves quelques minutes pour identifier correctement les niveaux trophiques de chacun des organismes montrés dans le film. Interroger:

  • Quelle est la source ultime d'énergie dans cet écosystème ? (la photosynthèse du soleil)
  • Quel est le producteur principal de la vidéo ? (phytoplancton et autres algues)
  • Quel est le consommateur principal dans la vidéo ? Est-ce un herbivore ou un carnivore ? (herbivore de krill)
  • Quels consommateurs secondaires et tertiaires sont présentés dans la vidéo ? Sont-ils herbivores ou carnivores ? (anchois, sardines, oiseaux, saumon, thon, baleines à bosse et rorquals bleus carnivores)

5. Demandez aux élèves de créer des chaînes alimentaires.
Rappelez aux élèves que les chaînes alimentaires relient les organismes par le transfert d'énergie entre les producteurs, les consommateurs et les décomposeurs. Ces niveaux d'énergie sont appelés niveaux trophiques. Une quantité importante d'énergie est perdue entre les niveaux trophiques. Divisez les élèves en cinq groupes. Attribuez à chaque groupe l'un des écosystèmes marins suivants :

Demandez aux groupes d'identifier les emplacements géographiques de leurs écosystèmes marins sur leurs cartes World Physical Tabletop, incluses dans le kit Physical World MapMaker. Ensuite, donnez à chaque groupe le document de cartes d'écosystème marin qui lui a été attribué et à chaque élève une feuille de travail Feeding Frenzy. Demandez aux élèves de découper les cartes de l'écosystème, de discuter de l'activité en groupe, puis de remplir individuellement la feuille de travail Feeding Frenzy.

6. Organisez une discussion avec toute la classe sur les écosystèmes marins et les chaînes alimentaires.

Invitez des petits groupes à partager leurs fiches de travail Feeding Frenzy complétées avec toute la classe. Passez en revue chacune des cinq chaînes alimentaires, ainsi que les écosystèmes dans lesquels chaque chaîne alimentaire est susceptible de se trouver. Interroger:

  • En parcourant les différentes chaînes alimentaires, lequel des organismes peut fabriquer sa propre nourriture grâce à la photosynthèse ?
  • Comparez les chaînes alimentaires aux chaînes alimentaires terrestres que vous connaissez peut-être. En quoi les chaînes alimentaires marines sont-elles les mêmes ? Comment sont-ils différents?
  • Comment les humains pourraient-ils faire partie des chaînes alimentaires?

Évaluation informelle

Utilisez la clé de correction Feed Frenzy fournie pour évaluer la compréhension des élèves.

Étendre l'apprentissage

Demandez aux élèves d'utiliser leurs cartes de chaîne alimentaire pour créer des réseaux trophiques. Discutez du rôle que chaque organisme joue dans le réseau trophique.


1. INTRODUCTION

Les écosystèmes marins abritent une composante importante de la biodiversité de la Terre. Ceci est particulièrement bien illustré à des niveaux taxonomiques élevés, où 16 phylums sont uniques au domaine marin, alors qu'un seul phylum est unique aux environnements terrestres et aucun aux environnements d'eau douce (Jezkova & Wiens, 2017). L'étude des principaux processus sous-jacents à la diversification des milieux marins est donc cruciale pour une compréhension plus générale des origines et de la répartition de la biodiversité. L'étude de la façon dont les barrières reproductives entre les organismes marins s'accumulent, résultant en de nouvelles espèces dans un environnement largement connecté, est également vitale pour le débat de longue date sur l'évolution concernant l'importance de l'isolement par des barrières physiques dans la spéciation.

Pendant la majeure partie du siècle dernier, nos connaissances sur l'origine des espèces dans le domaine marin étaient très limitées, à l'exception de quelques groupes taxonomiques (par exemple les oursins Mayr, 1954 Palumbi, 1992 , 1994 ). C'est en fait ce qu'a déclaré explicitement l'un des plus éminents chercheurs en spéciation, Mayr (2001) : « Pour la plupart des groupes d'animaux, en particulier les animaux marins, nous n'avons aucune idée de ce qui facilite la spéciation. Ici, même la nature des barrières séparatrices entre les différentes masses d'eau est inconnue.

Plusieurs raisons expliquent ce manque de connaissances. Premièrement, l'étude de la spéciation dans la mer/l'océan est intrinsèquement difficile. Par exemple, la lumière du soleil ne pénètre généralement que des dizaines de mètres sous la surface de l'eau. Ainsi, malgré les avancées technologiques récentes, nous comptons encore beaucoup sur l'écho-sondage, ou des méthodes destructrices telles que le chalutage, pour cartographier de nombreux habitats marins sur le fond marin, ce qui fournit une image très incomplète de la diversité existante. Par conséquent, la majeure partie du paysage marin reste non caractérisée. Deuxièmement, le nombre de laboratoires disposant des ressources nécessaires pour mener des enquêtes coûteuses et chronophages, y compris l'accès aux navires de recherche et aux véhicules submersibles, est également limité. Troisièmement, il est difficile de compléter le cycle de vie de nombreux organismes marins en laboratoire, ce qui entrave la création de lignées, la mise en œuvre de croisements et la quantification de l'isolement reproductif, qui sont tous des outils importants dans la recherche sur la spéciation. De plus, les expériences de manipulation sur le terrain ou l'étude des zones hybrides sont très difficiles pour de nombreux organismes marins, limitant davantage l'étude des barrières reproductives in situ. Enfin, contrairement à quelques régions biogéographiques spécifiques comme la mer Baltique ou l'isthme de Panama (Andrén et al., 2011 Knowlton et al., 1993 ), de vastes zones de nos océans restent mal caractérisées, limitant notre connaissance des histoire de la spéciation en mer. Ainsi, il n'est pas surprenant qu'une connaissance plus complète de la spéciation chez les organismes marins provienne d'un nombre limité de taxons, dont les escargots des côtes rocheuses (Johannesson et al., 1995 ), les copépodes des bassins rocheux (Ellison & Burton, 2008 ), la morue franche. et les formes d'eau douce anadromes des épinoches à trois épines (Barth et al., 2019 Jones et al., 2012 ), des épaulards (Foote et al., 2016 ) et Prochlorocoque cyanobactéries (p. ex. Johnson et al., 2006 ).

Bien qu'il ait souligné la nécessité de mieux comprendre la nature des barrières isolantes entre la plupart des espèces marines, Mayr était un fervent partisan de l'importance de la spéciation allopatrique, à la fois dans les environnements terrestres et marins. Soutenu par les premiers travaux sur les oursins (Mayr, 1954 ), il a défendu l'idée que l'isolement géographique était le principal moteur de la spéciation en mer – une opinion qui a prévalu pendant plusieurs décennies (Palumbi, 1992 ). La plupart des organismes marins ont une forte dispersion, avec une dérive passive des larves et/ou des adultes par les courants océaniques sur de grandes distances, ce qui peut empêcher la différenciation dans de vastes zones marines. Ainsi, les étudiants en spéciation marine ont été confrontés à un paradoxe bien connu : si l'essentiel de la spéciation en mer est allopatrique, comment de nouvelles espèces peuvent-elles se former en l'absence de barrières géographiques complètes (Johannesson, 2009) ?

L'observation de vastes zones hybrides entre des espèces étroitement apparentées a en outre suggéré que la spéciation marine pourrait se produire sans un isolement géographique complet (Bierne et al., 2003). Cela inclut les cas où le flux de gènes s'est produit pendant tout le processus de spéciation (différenciation primaire) et/ou après une période initiale d'isolement géographique (contact secondaire). Avec l'identification de nombreuses barrières reproductives différentes entre des espèces marines étroitement apparentées, y compris l'existence de mécanismes de reconnaissance des gamètes (Palumbi, 1994 Swanson & Vacquier, 1998 ), le choix de l'habitat et le frai asynchrone (Bierne et al., 2003 ), cela a provoqué une changement de paradigme dans la recherche sur la spéciation marine. En conséquence, le nombre d'exemples de spéciation avec flux de gènes dans les environnements marins a augmenté (revue par Potkamp & Fransen, 2019 ). Malgré ces avancées, nos connaissances sur la spéciation sont encore largement biaisées en faveur des organismes terrestres (figure 1 dans Miglietta et al., 2011 ).

Bénéficiant des récentes avancées technologiques dans différents domaines, du génie maritime à la génomique, nous avons désormais accès à des ensembles de données biologiques et environnementales de plus en plus vastes provenant des océans, incluant des zones ou des habitats auparavant inaccessibles comme les grands fonds (Costa et al., 2020). Cela offre une opportunité sans précédent de caractériser les principales barrières reproductives et les mécanismes évolutifs sous-jacents à la spéciation des formes de vie marine dans de multiples écosystèmes et taxons, et de fournir une vue plus complète de la spéciation dans un large éventail d'environnements marins. Inspiré par les discussions lors d'un symposium de la Évolution marine conférence en Suède organisée en 2018 par le Linnaeus Center of Marine Evolutionary Biology, Université de Göteborg, nous avons compilé ce numéro spécial contenant 14 contributions sur les progrès actuels de la recherche sur la spéciation en milieu marin.

Cet éditorial met en lumière certaines des principales conclusions de ces contributions. Nous proposons six axes de recherche principaux qui, selon nous, feront avancer le domaine, résultant en une connaissance plus complète et équilibrée sur l'origine des espèces dans la mer : (a) étudier la spéciation à travers des écosystèmes marins plus diversifiés et une gamme phylogénétique d'organismes plus large ( b) identifier toute la diversité des barrières reproductives entre les espèces dans divers écosystèmes marins (c) comprendre le rôle des différentes architectures génomiques dans la promotion de l'isolement reproductif entre des espèces marines étroitement apparentées (d) déduire l'histoire évolutive de la divergence en utilisant des approches basées sur des modèles (e ) étudier l'hybridation et l'introgression en particulier dans les zones hybrides marines et (f) mettre en œuvre des recherches interdisciplinaires intégratives, pour établir un meilleur lien entre les génotypes, les phénotypes et l'environnement, et comprendre comment leur interaction conduit à la spéciation des organismes marins.

En fin de compte, nous espérons que ce numéro spécial aidera à inspirer de futurs programmes de recherche pour aborder les questions évolutives clés de la recherche sur la spéciation, telles que : existe-t-il une différence qualitative ou quantitative entre les mécanismes et les taux de spéciation dans les écosystèmes marins, terrestres et d'eau douce ? Que peut-on apprendre sur la spéciation en étudiant spécifiquement les organismes marins ? Quelles sont les principales différences entre les barrières reproductives dominantes et les processus évolutifs impliqués dans la spéciation dans différents environnements marins ?


Méthodes

Un cadre de cartographie des IMPacts cumulatifs des espèces exotiques envahissantes (CIMPAL) sur les écosystèmes marins a été développé, basé sur un modèle additif conservateur. Un certain nombre d'indicateurs ont été développés pour comparer l'importance relative des espèces sur les impacts cumulatifs. Ci-après, nous décrivons le modèle et ses composants, ainsi que son application en mer Méditerranée.

Indice d'impact cumulé

La zone d'étude doit être divisée en cellules de surface égale. Pour chacune de ces cellules, les scores d'impact cumulatifs jec sont estimés à , où:

  • UNEje est un indice de l'état de la population d'espèces exotiques envahissantes je dans la cellule spécifique, transformées et normalisées pour se situer entre 0 et 1. Les données d'abondance ou d'abondance relative sont préférables pour cette variable d'état. La fonction de normalisation n'a pas besoin d'être linéaire, mais elle refléterait idéalement la relation réelle entre l'abondance et l'impact (par exemple, elle pourrait inclure un seuil au-dessus duquel UNEje = 1 et un autre seuil en dessous duquel UNEje = 0). En l'absence de telles données, les données de présence/absence peuvent également être utilisées, auquel cas UNEje sera binôme.
  • Hj est un indice de l'étendue de l'habitat j dans une cellule spécifique, standardisée pour se situer entre 0 et 1. Encore une fois, si seules les informations de présence/absence de l'habitat sont disponibles, il s'agira d'un indice binomial avec 0 pour l'absence et 1 pour la présence. Le terme « habitat » est utilisé ici comme un espace reconnaissable qui peut être distingué par ses caractéristiques physiques et l'assemblage biologique associé. Les habitats sont utilisés ici comme unité de base pour identifier les impacts associés aux espèces exotiques envahissantes individuelles, car ils sont facilement définis dans l'espace.
  • wje, j est le poids d'impact pour les espèces je et habitat j (plus l'impact des espèces je sur l'habitat j, plus la valeur de wje, j).
  • m, m sont le nombre d'espèces exotiques envahissantes et d'habitats marins, respectivement, qui ont été inclus dans l'analyse.

Poids d'impact

Deux approches peuvent être suivies pour l'estimation des poids d'impact, représentant deux stratégies de prise de décision : (1) une approche d'aversion à l'incertitude (Yemshanov et al., 2013 ), lorsque les décideurs montrent des préférences de faible incertitude en ce qui concerne l'indice d'impact, c'est-à-dire lorsqu'ils préfèrent investir les fonds et les efforts limités disponibles pour des mesures d'atténuation de certains impacts bien documentés et (2) une approche de précaution, selon laquelle nous devons assumer l'impact même lorsque la force de la preuve est faible jusqu'à ce que nous ne puissions plus soutenir cette prémisse (Ojaveer et al., 2015 ).

Pour appliquer la stratégie d'aversion à l'incertitude (1), nous proposons que les poids d'impact soient estimés sur la base à la fois de l'ampleur des impacts écologiques signalés et de la force de ces preuves (Fig. 1). Cinq classes de magnitude semi-quantitatives – minimale, mineure, modérée, majeure et massive – sont définies, suivant le Blackburn et al. ( 2014 ) cadre, adapté pour l'évaluation des impacts sur les écosystèmes marins (Fig. 1). Les preuves de la plupart des impacts signalés des espèces exotiques marines dans la littérature sont faibles, principalement basées sur le jugement d'experts ou des corrélations douteuses (Katsanevakis et al., 2014a ). Par conséquent, nous proposons de dégrader le poids de ces impacts avec de faibles preuves à l'appui, par rapport aux impacts documentés par des expériences manipulatrices ou naturelles. Dans le schéma que nous proposons, les poids d'impact varient entre 0 et 8 en fonction de la combinaison de l'ampleur rapportée et du niveau de preuve (Fig. 1). Pour l'approche de précaution (2), il n'y a pas de déclassement des impacts avec de faibles preuves à l'appui, mais wje, j sont estimées uniquement sur la base de l'ampleur déclarée des impacts écologiques. Dans ce cas, nous suggérons que l'incertitude associée à l'ampleur perçue des impacts soit signalée séparément (voir l'annexe S1 dans les informations à l'appui).

Nous supposons ici que wje, j sont spatialement constants et sont donc calculés en fonction de l'impact le plus élevé rapporté, ce qui est une simplification par précaution en l'absence d'information sur la variation des impacts dans l'espace. Néanmoins, cette hypothèse peut être assouplie si de telles informations sont disponibles et donc wje, j peut varier dans l'espace.

Etude de cas méditerranéen

Nous avons appliqué la méthodologie développée dans l'ensemble de la mer Méditerranée. Une grille standard de 10 × 10 km couvrant le bassin méditerranéen a été utilisée (projection à surface égale de Lambert) le nombre total de cellules était de 26 890. Nous avons assemblé des ensembles de données spatiales pour 13 habitats (Hj): Posidonie océanique prairies, communautés coralligènes, grottes marines, plages de sable, intertidaux rocheux, fonds mous sublittoraux peu profonds (<60 m de profondeur), fonds mous circalittoraux (60–200 m), fonds mous bathyaux/abyssaux (>200 m), fonds durs sublittoraux peu profonds (<60 m), les fonds durs circalittoraux (60-200 m), les fonds durs bathyaux/abyssaux (>200 m), les fonds pélagiques peu profonds (au-dessus des fonds marins à moins de 60 m de profondeur) et les pélagiques profonds (au-dessus des fonds marins à plus de 60 m de profondeur). Les couches des trois premiers habitats proviennent de Giakoumi et al. ( 2013 ), les deux derniers proviennent des données bathymétriques EMODNET (http://www.emodnet-hydrography.eu), et le reste provient de Micheli et al. ( 2013 ) (voir fig. S1). Pour la plupart de ces habitats, la résolution disponible était très grossière par rapport aux étendues réelles couvertes par l'habitat (par exemple pour Posidonie et les communautés coralligènes, seule la présence dans des cellules de 10 km × 10 km était disponible). Par conséquent, l'estimation d'un indice d'étendue fiable (par exemple, le pourcentage de couverture de la zone benthique) n'a pas été possible à l'échelle du bassin. Nous avons ainsi simplifié Hje à un indice binomial avec 0 pour absence et 1 pour présence.

Dans une récente étude paneuropéenne des impacts des espèces marines exotiques sur les services écosystémiques et la biodiversité (Katsanevakis et al., 2014a ), un inventaire de 86 espèces marines à fort impact documenté a été signalé, représentant 13 phylums et tous les principaux groupes marins (phytoplancton, macrophytes, polychats, crustacés, mollusques, ascidies, bryozoaires, cnidaires, cténophores, échinodermes et poissons voir Katsanevakis et al., 2014a pour la liste complète). De cet inventaire, nous avons exclu toutes les espèces qui ne sont pas présentes en mer Méditerranée, pour aboutir à un sous-ensemble de 60 espèces. Ce sous-ensemble représente toutes les espèces exotiques envahissantes marines présentes en Méditerranée et pour lesquelles il existe des impacts documentés dans la littérature. Sur la base de ce dernier examen, nous avons évalué l'ampleur des impacts de chacune de ces 60 espèces sur chacun des 13 habitats évalués ici dans la mer Méditerranée. Le but de ce travail étant de quantifier et de cartographier les impacts négatifs des espèces exotiques sur la biodiversité, les impacts positifs n'ont pas été pris en compte. À Katsanevakis et al. (2014a), le type de preuve de chaque impact a été évalué en classant les preuves dans les six catégories suivantes : expériences de manipulation, observations directes de l'impact, expériences naturelles, modélisation, corrélations non expérimentales et jugement d'expert. Ces informations nous ont permis d'estimer pour chacune des 60 espèces et pour chacun des habitats évalués le poids de l'impact wje, j comme défini dans la Fig. 1 (voir Tableau S1). nous avons estimé wje, j et les scores CIMPAL correspondants suivant à la fois la stratégie d'aversion à l'incertitude et la stratégie de précaution, pour comparer les cartes d'impact cumulatif résultantes. Cependant, pour le reste des analyses, nous n'avons appliqué que l'approche d'aversion à l'incertitude.

Les cartes de distribution des 60 espèces marines exotiques incluses sur la grille de 10 × 10 km (UNEje données de présence/absence) ont été extraites du réseau européen d'information sur les espèces exotiques – EASIN (Katsanevakis et al., 2015 ). Ces données spatiales, intégrées dans EASIN, proviennent des sources suivantes : (1) le CIESM Atlas of Exotic Species (http://www.ciesm.org/online/atlas/index.htm) (2) le Global Biodiversity Information Facility (GBIF http://www.gbif.org/) (3) le Global Invasive Species Information Network (GISIN http://www.gisin.org) (4) le Regional Euro-Asian Biological Invasions Centre (REABIC http:/ /www.reabic.net/) (5) le Réseau hellénique sur les espèces aquatiques envahissantes (ELNAIS : elnais.hcmr.gr) et (6) EASIN-Lit (http://easin.jrc.ec.europa.eu/About /EASIN-Lit Trombetti et al., 2013 ).

Les espèces étaient liées à une ou dans certains cas à deux voies les plus probables d'introduction initiale en mer Méditerranée, à la suite de Zenetos et al. ( 2012 ) et Katsanevakis et al. ( 2013a ). Selon ces auteurs, les voies d'introduction initiales les plus importantes en mer Méditerranée sont : (1) le « canal de Suez », qui désigne les espèces d'origine indo-pacifique progressivement introduites sans aide en Méditerranée via le canal de Suez (également appelé lessepsien immigrants) (2) « expédition », qui désigne soit le transport d'organismes holoplanctoniques ou méroplanctoniques, de graines ou de stades de repos (par exemple, des kystes ou des œufs) dans les eaux de ballast, soit le transport d'espèces à prédominance sédentaire qui s'attachent à la coque des navires et ( 3) « aquaculture », qui fait référence soit aux espèces commerciales qui ont été introduites pour être cultivées, soit aux espèces introduites accidentellement avec des espèces cibles importées.

La corrélation entre la richesse en espèces exotiques et le score CIMPAL a été estimée et sa signification testée, sur la base d'un test t modifié tel que décrit par Clifford et al. (1989). Le test t modifié est basé sur des corrections du coefficient de corrélation d'échantillon entre les deux séquences spatialement corrélées, en tenant compte correctement de l'autocorrélation spatiale dans les données.

Quatre indicateurs ont été estimés pour comparer l'importance relative des espèces sur les impacts cumulatifs à travers le bassin méditerranéen : (D1) la zone d'occurrence totale (en nombre total de cellules de 10 × 10 km) (D2) le nombre de cellules avec impact >0 (D3) la somme des scores d'impact de l'espèce sur l'ensemble de la zone d'étude (D4) l'impact moyen dans l'aire d'occurrence (c'est-à-dire le score d'impact moyen d'une espèce, estimé à travers les cellules où l'espèce est présente).


Question

Les récifs coralliens font partie des écosystèmes les plus spectaculaires de la planète. Ils soutiennent une riche diversité de vie et offrent des avantages économiques aux personnes qui les utilisent. En Papouasie-Nouvelle-Guinée dans l'océan Pacifique au nord de l'Australie, les données suivantes ont été collectées. La couverture corallienne est le pourcentage de la surface du récif recouvert de corail dur vivant.

Afin de tester l'effet de la température, des échantillons vivants d'une espèce de corail, Pocillopora damicornis, ont été placés dans une chambre expérimentale à un pH constant, une profondeur d'eau et une faible luminosité. Tous les échantillons de coraux ont été démarrés à 26°C et la moitié d'entre eux ont été rapidement augmentés à 30°C.

Les camemberts montrent le pourcentage de tissus vivants et morts à la fin de l'expérience.

L'acidification des océans du monde est une menace croissante pour la santé de la vie océanique, y compris les récifs coralliens. Les coraux effectuent la calcification pour créer leurs extérieurs de carbonate de calcium. Une expérience a été menée sur l'île Heron, au sud de la Grande barrière de corail, en Australie. Pour l'expérience, le pH a été modifié en dissolvant du dioxyde de carbone dans l'eau. Trois espèces de coraux différentes ont été utilisées, avec chaque groupe d'essai à deux plages de températures différentes et trois valeurs de pH différentes. La ligne blanche sur chaque photographie représente 5 cm.


Calculez la différence de couverture corallienne en 1996 et 2002. Aucun travail requis.

Décrivez les preuves que la température de l'océan a un effet sur la couverture corallienne.

Suggérez les causes des changements de température de l'océan.

Identifier une avantage de mener cette expérience en laboratoire plutôt que dans l'océan.

Commentez si les données expérimentales appuient les données observées de l'océan.

(i) Décrivez la tendance à la calcification lorsque le pH diminue à 25 –26 °C.

(ii) Dans les études environnementales, une valeur critique est le niveau auquel une population décline ou montre des signes de mauvaise santé. Suggérer un pH critique pour P. onkodes.

(iii) Using all of the data, comment on the hypothesis that ocean acidification in warming seas will have the same effect on all species of coral.

Suggest another marine animal that has parts made of calcium carbonate and may therefore be damaged due to ocean acidification.

Outline causes of ocean acidification.

Discuss the need for international cooperation to solve the problems of declining coral populations.


Marine Ecosystems

The conservation and management of coastal and marine ecosystems and the living marine resources within them is a key component of NOAA’s mission. Commercial fish landings in the United States are valued at 4 billion dollars and over 1 million jobs are associated with commercial and marine recreational fishing. Coral reefs alone provide annual net tourism and recreational benefits of 483 million dollars to the U.S. economy . Globally, the estimated value of fisheries and coastal tourism exceeds 240 billion . Climate-driven variations in ocean conditions have profound effects on marine ecosystems. Projected ocean conditions under climate change, including increased ocean temperatures, stratification, and acidity, may have similarly large impacts. Quantitative, reliable prediction of climate-driven impacts on marine resources is essential for effective, ecosystem-based marine resource management.

GFDL Research

GFDL scientists are applying GFDL’s climate and earth system models to meet this challenge with predictions on time-scales from months to multiple decades on local to global spatial scales. Research is also focused on the development of increasing robust, comprehensive, high-resolution models to address limitations of the present generation of climate and earth system models. Reliably predicting climate impacts on marine ecosystems requires both skillful climate predictions and an understanding of the ways – or mechanisms – through which climate influences marine resources. These may be direct effects of changes in ocean conditions (for example, increasing temperature or acidity), shifts in seasonal timing that influence life cycles, or combinations of several effects that propagate through marine food webs. Unraveling these interactions is a complex, cross-disciplinary problem requiring models and data. Strong partnerships with NOAA’s National Marine Fisheries Service and diverse academic partners – including NOAA’s Cooperative Institute for Climate Sciences with Princeton University – are leveraged to provide the breadth and depth of expertise required to address these problems.


Rocky Shore Ecosystem

Doug Steakley/Getty Images

Along a rocky shore, you may find rock cliffs, boulders, small and large rocks, and tide pools (puddles of water that can contain a surprising array of marine life). You will also find the intertidal zone, which is the area between low and high tide.


Commentaires

Reviewed by Thea Popolizio, Assistant Professor, Salem State University on 6/30/20

The text is not a comprehensive work on tropical marine biology, but would serve as a great supplement to be used in conjunction with other resources, including primary literature. There are sections on coral biology, environmental threats and. read more

Reviewed by Thea Popolizio, Assistant Professor, Salem State University on 6/30/20

Comprehensiveness rating: 4 see less

The text is not a comprehensive work on tropical marine biology, but would serve as a great supplement to be used in conjunction with other resources, including primary literature. There are sections on coral biology, environmental threats and reef conservation, as well as sections on reef fishes and the major marine phyla. It is impressive and wonderful that this resource was written and edited by students, and from the "about" section I gleaned that this may be a project future students can continue to work on. The following are suggestions for improving the text. The text mainly focuses on coral reefs, which is fine and certainly there is enough to learn about reefs to fill a textbook! However, it may be worth considering a change to the title. Mangrove forests and seagrass beds are mentioned very briefly, but are not treated in their own sections. Instead, these are embedded in the section "coral reefs are complex ecosystems." The section on reef formation could be expanded, and include other reef builders like algae, sponges and bryozoans. Other helpful additions might be sections on reef biogeography, zonation, coral diversity, common algae on tropical reefs (some are important reef-builders) and other common animals besides reef fishes. The ecology section could be expanded to include the trophic structure of reef communities and nutrient cycling/productivity, as well as competition, predation and grazing. In the environmental threats section, I might add a section on invasive species and phase shifts. The linked table of contents is helpful, but a glossary/index is not included.

Content Accuracy rating: 5

I did not identify inaccurate content. The authors do an excellent job of linking to sources, although some links do need updating.

Relevance/Longevity rating: 5

Much of the content that is included in this text is fundamental and is not likely to become obsolete. Some taxonomic information may change and require updating. There are specific examples and 'case studies' that could be reevaluated down the line to determine if there are better examples that are more recent. The section on reef conservation, in particular, may need updating at some point but it would be easy to do so. The hyperlinks provided link to sites that appear to be active and curated regularly, though these may need to be checked periodically to be sure they still link to the intended source.

The text is well-written and engaging. It is appropriately written for an audience of undergraduates learning about tropical biology at the introductory level. I appreciated the pages that introduced each major chapter (there are 5) and provided the "essential" questions that guide the chapter content.

I did not observe any inconsistency in terminology or framework.

Chapter sections are not overly lengthy. Longer topics are divided nicely with subheadings. An instructor could easily assign chapters and chapter section based on the topic schedule of their particular course. For example, if I want my students to learn about why coral reefs are colorful, I can direct them to "Chapter 1: Section 5 (Coral Reef Colors)" and provide the link that navigates directly to that section. Or, they can access it from the clickable table of contents. Additionally, if I would like them to dig in to the topic further, I can assign reading from the source links embedded in the chapter section text.

Organization/Structure/Flow rating: 3

I think the text could use some reorganizing. The sections on reef fishes and the major marine phyla seem oddly placed. It might be better to include both of these in an appendix that follows the other three chapters. The appendices can updated in subsequent editions with common organisms found in additional taxonomic groups, like algae, invertebrates, deep water fishes, reptiles/birds, mammals etc. This would be particularly helpful for students taking a field course in a similar location (e.g. tropical northwest Atlantic/Caribbean). I disagree with the reviewer who stated that the information in the "Keene State College Outreach" section is not appropriate for the Reef Conservation chapter. However, it would be helpful to explicitly explain in this section why outreach is important for conservation.

This is one of the most nicely designed open textbooks that I have seen. The text, images and video are visually appealing and appear to be free of issues. Some navigation issues exist with some of the direct hyperlinks in the text. For example, in the Noisy Oceans section, there is a link to a National Geographic piece from Jan 2011, but unfortunately it is "subscriber only" content. Several links in the "Symbiotic Relationships" section navigate to the same NOAA "For Students" homepage. Also, some links open in a new tab (this is preferable) while others do not. Thus, you have to click back to return to the open textbook.

Grammatical Errors rating: 5

There are some minor issues, mainly with consistency. The authors should agree on a standard format for figure captions and subheadings, for example. Some attention to the conventions of taxonomic names is also required (e.g. captialize or not italicize or not).

Cultural Relevance rating: 4

The text is not culturally insensitive or offensive. There is a section of the text that focuses on indigenous people and their role in conservation, as well as a section written by a student about her outreach experience in a Caribbean nation that is relevant to cultural competency. The authors could, however, take care to highlight the work of tropical biologists and ecologists from diverse backgrounds. They also could include a section in the "environmental threats" chapter that is focused on environmental justice and climate justice for communities that live near and are dependent on coral reefs.

I am inspired by the concept of open pedagogy and think it is extraordinary that this text was entirely written and edited by students and former students of the Keene State College Tropical Marine Biology course taught by Dr. Karen Cangialosi. What an awesome achievement! I look forward to sharing it with my own students, and considering a project like this in the future.

Reviewed by Edgar Rosas Alquicira, Adjunct Instructor, Lane Community College on 1/5/20

According to the textbook title, “A student’s guide to tropical marine biology”, a reader will expect information about the main tropical marine ecosystems such as mangrove, seagrass and coral reefs nevertheless, the textbook mainly includes. read more

Reviewed by Edgar Rosas Alquicira, Adjunct Instructor, Lane Community College on 1/5/20

Comprehensiveness rating: 4 see less

According to the textbook title, “A student’s guide to tropical marine biology”, a reader will expect information about the main tropical marine ecosystems such as mangrove, seagrass and coral reefs nevertheless, the textbook mainly includes information about one of these marine ecosystems, the coral reefs. The information provided for mangrove and seagrass is briefly mentioned, such as only one section in chapter one. Regarding the information about the coral reef ecosystems, the textbook’s authors did an excellent recompilation about general and specific information. In the textbook section about “Introduction and Authors”, the authors state that there are three goals of their written contribution to tropical marine biology: “understanding the system, identifying problems, and evaluating solutions”. Regarding the goal of “identifying problems”, the authors fully cover the topic with the provided information. However, the textbook goal about “evaluating solutions” is not fully achieved because the authors provide solutions for only three of the eight environmental threats. Finally, the textbook includes an effective index with sections and subsections, and even though a glossary is not included, there are hyperlinks where more information is provided about certain topics.

Content Accuracy rating: 4

It is desirable that the authors include the hyperlinks, in-text citations/references from some particular data provided so the reader would be able to double-check the accuracy of the information. The only sections that include in-text citations and/or references are the ones in chapter 5 about “Marine Major Phyla”. For example, in chapter 1 section 4 states that the Great Barrier Reef length is around 1200 miles, but there is no hyperlink allowing the reader to confirm this information. According to Wikipedia, there is contrasting information that states the Great Barrier Reef is 1,400 miles long. Also, the included figures are not cited in the text so it's sometimes hard to determine which figure belongs to which information. Finally, here are some corrections that need to be addressed: -In section 4, chapter 1, states that “Calcareus Algae also add their sediments to the structure”. This statement should be corrected as "Calcareus Algae also add their fixed calcium carbonate." -In section 4, chapter 1, the sizes of the two referred atolls are not correct. The decimal point should be a comma. -In section 7, chapter 1, there is a hyperlink referring to the number of fish species that are reported in a coral reef ecosystem, but the information provided in the hyperlink did not confirm this information. -In section 26, chapter III, an image of an algal colony is referred to as a “Multicellular”. This should be corrected. -In chapter IV, section “Keene State College Outreach”, the authors could tell a shorter story about their own experience taking an overseas class, as this information is not directly related to the chapter goal “Reef Conservation”.

Relevance/Longevity rating: 5

The text includes relevant and updated information about different topics. Also, the authors provide hyperlinks that let readers visit more specific information. Finally, the hyperlinks include information that is updated or from websites that are continuously updated. In conclusion, the content of the textbook is up-to-date.

The authors write in an engaging and fresh style that keeps the reader's attention in a personal way. For example, in the introductory part of most chapters, the authors clearly state the questions that will be addressed so the readers can expect the type of information that will be included. The authors did not use a lot of technical terms so the information is easy to understand for readers that have a general background in high school biology. In some cases, even when the authors used technical terms, these are explained in a way that is easy to assimilate. Moreover, the hyperlinks provided by the authors let readers deepen their knowledge in some technical and more complicated terms. In conclusion, the text is easy to understand and even enjoyable.

The text is consistent and written in an engaging way.

The text is composed of five major chapters, and each one is subdivided into several sections. In most of the chapters (I, III, IV, V), the authors pointed out the questions that would be addressed. This approach lets readers understand the upcoming material. In the section “Introduction and Authors”, a general explanation is provided about the author’s background, goals of the textbook and tools included. In particular, in chapter II, the information included about the different fish species does not follow the same modules and organization so the information is hard to compare/contrast. In some sections, the information is not divided into modules. In conclusion, the text is easy to read and navigate.

Organization/Structure/Flow rating: 5

The text is organized in five major chapters, each chapter containing several sections. The information provided in the first four chapters is about coral reefs. The chapters about coral reefs are organized in logical structure from general to specific information so the reader will be able to understand the basics about coral reef ecosystems (i.e. formation, diversity, taxonomy, etc) and also more specific topics about environmental threats and conservation efforts for this ecosystem. The final chapter is about the major marine phyla, and according to the chapter's introduction, it is hard to understand the logic or link between this chapter and the previous ones, about coral reefs. In conclusion, the text is well organized but there is room for some improvement.

In general, the text works perfectly and there are no interface issues. Regarding the image quality, most of them are of high quality and representative of the text, but a few ones need to be modified (i.e. Figure 3 from Arena, Jordan and Spieler, 2007). Finally, there are some hyperlinks that do not have free access, such as the National Geographic Noisy Oceans links.

Grammatical Errors rating: 5

The text is well written and there are only a few formats and spelling mistakes: 1) La Nina/El Nino should be spelled La Niña/ El Niño. 2) There are some paragraphs that do not contain a period. 3) There are some species names that are not italicized (i.e. "Alpheus floridanus, Chaetodon capistratus, Acropora"). 4) There are some figure captions that do not follow the same format (i.e. underlined, not underlined). 5) The subtitles do not follow the same format. In some subtitles, some of the keywords are capitalized but in other subtitles, only the first letter of the subtitle is capitalized. 6) In chapter two, the family names are italicized (i.e. Holocentridae), and this needs to be corrected as only Latin names of species names are supposed to be in this format.

Cultural Relevance rating: 5

The text is not culturally insensitive or offensive. The language that is used throughout the text is inclusive and engaging.

This book can be inspiring for other college students that also are interested in communicating knowledge in a written way.


Voir la vidéo: Ecosystème marin et énergie lumineuse (Août 2022).