Cette grande migration verticale qui se passe tous les jours sous la surface des océans 

Cet article a été publié initialement sur le site de la revue Knowable Magazine from Annual Reviews et traduit avec leur aimable autorisation.

Chaque soir, après que le crépuscule a fait place à la nuit, des hordes de créatures marines - du minuscule zooplancton aux imposants requins - sortent des profondeurs pour passer la nuit près de la surface. Elles se délectent des eaux supérieures, se nourrissent et s'accouplent, avant de redescendre avant l'aube.

Connu sous le nom de migration verticale diurne, ce mouvement de masse est souvent présenté comme la plus grande migration synchrone sur Terre. Comme la planète tourne sur son axe et que des zones d'océan se rapprochent ou s'éloignent de la lumière du soleil, ce phénomène se produit en flux continu dans le monde entier.

La migration a été documentée pour la première fois au début des années 1800, lorsque le naturaliste Georges Cuvier a remarqué que des planctons appelés daphnies - des puces d'eau - disparaissaient et réapparaissaient selon un cycle quotidien dans un lac d'eau douce peu profond. Puis, pendant la Seconde Guerre mondiale, on a découvert la "couche de dispersion profonde" : une zone des océans qui déviait de façon inattendue les signaux des sonars de la marine et disparaissait mystérieusement chaque nuit, comme un fond marin fantôme.

Martin Johnson, scientifique à l'Institut océanographique de Scripps, a proposé une explication : La couche de dispersion profonde pourrait être constituée d'animaux marins migrant vers la surface. En juin 1945, il a testé cette idée lors d'une excursion d'une nuit dans les eaux au large de Point Loma, en Californie. Le zooplancton, les méduses et divers crustacés qu'il a capturés au cours d'une série de 14 prises ont permis d'établir que la couche en mouvement était effectivement constituée d'êtres vivants effectuant une migration nocturne.

Depuis lors, les scientifiques ont repéré ce déplacement régulier dans presque toutes les masses d'eau qu'ils ont examinées. "Il est universel dans tous les habitats", qu'il s'agisse de rivages marins, d'eau douce ou saumâtre, explique Kanchana Bandara, spécialiste des sciences de la mer à l'université arctique de Norvège. "C'est universel à travers les lieux géographiques, des tropiques aux pôles, et c'est universel à travers les groupes taxonomiques, du petit zooplancton ou phytoplancton aux grandes baleines et requins."

Dans le schéma classique de migration verticale diurne (flèches jaunes), le zooplancton tel que les vers marins (jaune) se déplace vers la surface pour se nourrir la nuit, lorsque les prédateurs tels que les poissons sont absents. Une migration nocturne inverse (flèches grises) emmène le zooplancton plus petit, comme les copépodes, vers les profondeurs, où il peut éviter de devenir la proie des vers.

Mais malgré son omniprésence, des énigmes subsistent. Les recherches suggèrent que les changements de lumière déclenchent la randonnée du soir, mais on ignore comment les animaux des eaux situées autour des pôles de la Terre - où, pendant certains mois, la lumière du soleil est constante ou totalement absente - savent quand il est temps de migrer. Les chercheurs s'efforcent de comprendre ce phénomène et de déterminer à quel moment les différentes créatures entreprennent leur voyage - et pourquoi certaines choisissent de ne pas voyager du tout.

Selon les scientifiques, il est important de comprendre ces nuances, car la migration verticale diurne fait office de gigantesque tapis roulant transportant vers les profondeurs le carbone grignoté dans les eaux de surface, carbone qui, sinon, pourrait rester à la surface de l'océan ou retourner dans l'atmosphère. C'est une habitude coûteuse : On estime que, sur une année, l'énergie collective dépensée par le seul zooplancton pour se déplacer équivaut à environ une année de consommation d'énergie aux États-Unis. "C'est une quantité d'énergie inimaginable", déclare Bandara.

La migration diurne à la lumière de la lune

Les scientifiques s'accordent à dire que pour de nombreuses créatures, notamment le zooplancton comme la daphnie, la migration leur permet d'éviter d'être mangées. Les eaux profondes et sombres offrent un refuge contre les yeux des prédateurs pendant la journée. Les visites à la surface, où la nourriture est plus abondante, se font en toute sécurité sous le couvert de la nuit.

Les scientifiques s'accordent également à dire que la variation de l'intensité lumineuse est le principal indice environnemental des migrateurs, explique Heather Bracken-Grissom, biologiste marine à la Florida International University. Lorsque la lumière commence à faiblir, cela peut déclencher la remontée vers la surface.

Mais ce n'est pas toute l'histoire. Les scientifiques ont longtemps supposé, dans le cadre du modèle de suivi de la lumière, que les migrations quotidiennes cesseraient pendant les hivers arctiques, lorsqu'il y a des mois sans lumière du jour.

Les relevés acoustiques effectués au cours d'une expédition de 8 mois en 2010 ont permis de détecter des migrations diurnes autour du globe. Les échogrammes ci-dessus couvrent des périodes de 24 heures et suggèrent, par exemple, que dans l'océan Indien (en haut à droite), certains migrateurs passent la journée (au centre) dans des eaux assez profondes, à 650-800 mètres de profondeur, tandis que d'autres restent à 450-500 mètres.

Mais en 2008, des chercheurs ont signalé que le zooplancton participait effectivement à une migration nocturne dans les eaux arctiques au large de Svalbard pendant la longue nuit polaire. Des recherches plus récentes ont établi que ce phénomène est très répandu et qu'il peut être provoqué par le clair de lune. En 2016, une équipe de scientifiques norvégiens et britanniques a étudié les eaux de l'Arctique dans les mois précédant et suivant le solstice d'hiver, lorsque le soleil est toujours sous l'horizon. Grâce à des techniques d'échantillonnage hydroacoustique, l'équipe a découvert que les minuscules créatures marines avaient décalé leurs migrations, les synchronisant avec la lumière de la lune plutôt que celle du soleil. Et en plus du cycle quotidien, il y avait un signal mensuel : Les animaux se déplaçaient régulièrement vers des eaux plus profondes pendant la lumière vive de la pleine lune.

Les scientifiques en apprennent également davantage sur la sensibilité suprême du zooplancton aux changements de lumière. Travaillant dans le nord de l'océan Pacifique, une équipe a utilisé un échantillonnage acoustique de type sonar pour détecter le mouvement quotidien de créatures telles que les copépodes, les ostracodes, les salpes et le krill. Le temps enregistré était constamment couvert, gris et bruineux, mais le zooplancton pouvait quand même détecter les variations de l'épaisseur de la couverture nuageuse et ajuster sa profondeur, a rapporté l'équipe dans PNAS en août. Une différence de luminosité de seulement 10 à 20 % était suffisante pour provoquer des mini-migrations de 15 mètres, ce qui n'est pas une mince affaire pour ces minuscules animaux.

La lumière du jour constante d'un été polaire ne semble pas non plus empêcher le zooplancton de faire son pèlerinage nocturne. Pendant plusieurs années, dans les eaux situées au large de la côte ouest de l'Antarctique, les chercheurs ont utilisé des filets spécialisés pour prélever des échantillons à des profondeurs spécifiques. En examinant le contenu de ces filets, l'équipe a constaté que les créatures ont poursuivi leur migration tout au long de la lumière constante de l'été, même si, pour certaines, les trajets étaient plus courts lorsque les jours étaient plus longs.

Le fait que ces minuscules animaux marins aient conservé leur cycle quotidien même sans l'obscurité suggère qu'un autre signal déclenche leur migration, indépendamment ou en combinaison avec la lumière - peut-être une horloge circadienne interne, explique Patricia Thibodeau, coauteur de l'étude et écologiste spécialiste du plancton à l'université de Rhode Island. Grâce à des études génétiques et des expériences en laboratoire et sur le terrain, les scientifiques ont récemment établi qu'une telle horloge guide effectivement les cycles quotidiens de certains migrateurs, notamment le copépode Calanus finmarchicus et le krill antarctique Euphausia superba.

Les recherches suggèrent qu'étant donné l'importance de l'enjeu - migrer ou être mangé - l'évolution a favorisé le développement d'un cycle circadien interne pour la migration diurne, en remplacement de la dépendance aux signaux environnementaux.

Les prédateurs peuvent influencer la décision de migrer

Les enjeux élevés de la migration quotidienne semblent également influencer le comportement des créatures pendant leur trajet. Des recherches ont montré que les migrateurs au large de l'île de Santa Catalina, en Californie, ont tendance à se regrouper en groupes cohérents ou en bancs lors de leurs déplacements, ce qui peut réduire le risque d'être mangé. Les animaux plus grands et plus visibles, comme les poissons, migrent plus tard - environ 80 minutes après le coucher du soleil - que les animaux plus petits et moins visibles, qui commencent leur migration jusqu'à 20 minutes avant le coucher du soleil.

La présence de prédateurs incite également certains migrateurs à retarder leur périple. Lorsque les dauphins de Risso, par exemple, qui se nourrissent de calmars, étaient dans la région, les chercheurs ont observé que les calmars attendaient dans les eaux plus profondes, retardant leur voyage d'environ 40 minutes.

Et certains individus, certains jours, semblent ne pas faire le trajet du tout. Les chercheurs soupçonnent qu'ils n'ont pas toujours suffisamment faim pour estimer que le voyage en vaut la peine. Cette idée, connue sous le nom d'"hypothèse de la faim et de la satiété", suppose que les individus d'une population sont motivés par leur propre niveau de faim.

Une équipe comprenant Tracey Sutton, écologiste marine de la Nova Southeastern University, a mis cette théorie à l'épreuve, en tirant parti des relevés au chalut effectués dans le golfe du Mexique après la marée noire de Deepwater Horizon. Pendant sept ans, des systèmes de filets automatisés ont recueilli des spécimens dans des stations d'échantillonnage réparties dans tout le golfe, tant dans les eaux profondes que dans les eaux de surface. Parmi ceux-ci, 588 créatures ont ensuite été envoyées aux laboratoires, afin que l'équipe puisse "ouvrir leur estomac et voir ce qu'elles mangent", explique Sutton, qui a coécrit un aperçu des réseaux alimentaires en eaux profondes dans la revue Annual Review of Marine Science de 2017.

Les scientifiques ont constaté que les individus qui n'ont pas migré avaient encore de la nourriture dans leur estomac, ce qui suggère qu'ils ont choisi de ne pas faire le trajet parce qu'ils étaient encore rassasiés de la nuit précédente. Et les individus qui migrent sont plus susceptibles d'avoir l'estomac vide. Mais il y a eu des exceptions : un poisson et deux espèces de crustacés n'ont pas suivi ce modèle, ce qui suggère que les individus d'une population "choisissent" de migrer ou non, ont rapporté les chercheurs en février dans Frontiers in Marine Science. Les espèces de poissons dont les schémas de migration ne s'alignaient pas avaient également des migrations moins profondes et pouvaient avoir un métabolisme plus rapide que les autres espèces - des variables qui peuvent interagir, selon Sutton, ce qui rend difficile de tirer des conclusions universelles.

La faim, la lumière, la génétique et bien d'autres choses encore - les scientifiques continuent de sonder ces facteurs et d'autres qui influent sur ce grand déplacement, notamment la salinité, la température et l'exposition aux rayons UV. Selon M. Sutton, l'étude de ces variables, ainsi que des animaux qui se déplacent et de ceux qui se nourrissent, est essentielle pour comprendre le cycle du carbone de la Terre et la manière dont ce déplacement massif contribue à sa séquestration au fil du temps.

La migration, dit-il, "représente plus ou moins tout, si l'on veut vraiment suivre le carbone".

Par Hannah Seo

Hannah Seo est une journaliste scientifique indépendante, auteur de podcasts et poète basée à Brooklyn. Ses articles ont été publiés dans WIRED, Scientific American, The Walrus et Popular Science, entre autres.

Traduit et publié avec l'aimable autorisation de Knowable Magazine. L'article original est à retrouver ICI.