Des événements climatiques extrêmes toujours plus fréquents
A l’heure du changement climatique et de discussions houleuses à Doha sur le devenir du protocole de Kyoto, les scientifiques observent non seulement une évolution du climat caractérisée généralement par une augmentation des températures moyennes mais aussi par des changements dans la variabilité des indicateurs climatiques. Selon certains chercheurs, le danger le plus proche est plus spécifiquement dû à l’occurrence d’événements extrêmes tels que les vagues de chaleur, les pics de température, les fortes précipitations et les inondations.
Ce sont ces événements extrêmes que l’équipe du Département de Sciences environnementales de l’Université de Lettonie a décidé d’étudier en se basant sur les données météorologiques mesurées dans 14 stations sur l’ensemble du territoire letton entre 1950 et 2010, et à Riga entre 1852 et 2010 afin d’observer l’évolution historique des événements. Cette étude sur le long terme a été menée à l’aide d’outils statistiques tels que le test non paramétrique de Mann-Kendall pour l’étude de la tendance temporelle, et la méthode de Sen pour l’estimation de l’amplitude. L’occurrence et l’impact des événements climatiques extrêmes sont étudiés en se basant sur les changements d’indices caractérisant les températures extrêmes, négatives et positives, et les précipitations intenses.
L’analyse de la tendance des changements de long terme dans la fréquence des événements climatiques extrêmes en Lettonie montre une augmentation significative du nombre de jours présentant des températures élevées et des précipitations extrêmes, mais une diminution du nombre de jours très froids. Cette analyse rend également compte de changements significatifs des variables climatiques sur l’ensemble du territoire letton. Ces événements majeurs se produisent non seulement en Lettonie mais sont aussi observés dans les pays du nord de l’Europe du fait de l’influence géographique (impact du climat continental), et leur relative proximité avec l’Océan Atlantique (impact du climat maritime). Ce schéma climatique hautement variable est déterminé par la forte activité cyclonique au-dessus de la Lettonie. Ces conditions contribuent aux différences de régimes de la température de l’air, des précipitations ainsi qu’aux hétérogénéités spatiales des événements climatiques extrêmes.
La tendance au réchauffement global est évidente du fait des valeurs moyennes et extrêmes de la température de l’air, et d’une fréquence plus élevée des vagues de chaleur, tendance d’autant plus marquée dans les villes principales de Lettonie. L’augmentation de la fréquence des précipitations extrêmes présente un caractère « local » mais de tels événements peuvent malgré tout avoir une influence fortement négative : ces événements menacent directement les hommes, l’agriculture, les infrastructures, l’activité forestière et beaucoup d’autres secteurs, et peuvent occasionner beaucoup plus de risques que le réchauffement global.
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Une biomasse potentiellement illimitée
Après les avancées faites sur le génome de l’hydre, un polype d’eau douce « immortel », c’est au tour des plants de tabac de promettre la jeunesse éternelle… Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour la biologie moléculaire et l’écologie appliquée (IME), à Münster (Rhénanie du Nord-Westphalie), ont localisé un « interrupteur génétique » qui permet de maintenir la plante à un stade jeune et lui permettre de croître sans limite. Ce résultat laisse supposer une production de biomasse accrue.
Les plants de tabac ont une vie courte : ils atteignent leur stade de floraison au bout de 3 à 4 mois seulement et meurent par la suite. Leur taille quant à elle se limite en général à deux mètres. L’équipe du professeur Dirk Prüfer a identifié la « fontaine de jouvence génétique » du tabac : les chercheurs de Münster ont en effet modifié génétiquement le matériel empêchant la plante d’atteindre son stade final de floraison. En désactivant le processus de sénescence, l’inhibition programmée de la croissance est alors supprimée. « Un de nos premier plant de tabac expérimental a près de huit ans et il ne cesse de grandir », explique le professeur Dirk Prüfer, directeur du département de génomique fonctionnelle et appliquée à l’IME. « Bien que nous ayons réalisé régulièrement des tailles, celui-ci mesure plus de six mètres de haut ». Les feuilles poussant au pied des plants en champ jaunissent et tombent habituellement très vite alors que sur les plants expérimentaux elles restent vertes et en bonne santé, d’où le nom donné à ces plants : Forever Young.
Le principe de modification génétique découvert à Münster est transférable à d’autres types de plantes afin d’obtenir des cultures produisant par conséquent une quantité beaucoup plus importante de biomasse. Le but est de pouvoir garantir l’approvisionnement en denrées alimentaires car le Conseil allemand sur la bioéconomie prévoit que le rendement par hectare devra doubler d’ici à 2050. Cependant, il ne serait pas pertinent d’utiliser cette technique sur le colza ou d’autres plantes cultivées pour leurs graines ou pollens car cette méthode n’est utile que pour les espèces où la floraison n’est pas requise pour la récolte, comme chez la betterave à sucre ou la pomme de terre. Par ailleurs, les plantes n’ont aucun moyen de se reproduire, ce qui signifie qu’elles ne pourront pas contaminer l’environnement avec leur patrimoine génétique modifié.
A l’avenir, les chercheurs veulent aller plus loin et être en mesure de désactiver les limites de croissance des plantes en utilisant une méthode moins lourde : la mutagenèse chimique. Cette méthode repose sur l’utilisation d’additifs chimiques pour apporter des changements dans la séquence d’ADN d’une graine. Dans ce but, des expériences pour comprendre la dérégulation des gènes devraient débuter à l’IME en 2013/2014.
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La révélation du mystère de l’oxydation du méthane marin
Dans les fonds marins, d’énormes quantités de méthane (gaz à effet de serre) sont enregistrées sous la forme d’hydrate de méthane. Un groupe de microorganismes dans les sédiments de l’océan veille à ce que ce méthane soit dégradé sans recours à l’oxygène (respiration anaérobie). Il était connu que les composés du sulfure jouaient un rôle important dans cette réaction. Des chercheurs autrichiens (laboratoire de micro-écologie de l’université de Vienne) et allemands (Max Planck-Institut pour la recherche sur les polymères Mainz et Max Planck-Institut pour la microbiologie marine à Brème) ont cependant montré que le processus voit se développer des réactions bien différentes de celles qu’on pensait être jusqu’alors. Leur travail a été publié dans le magazine « Nature » (numéro 7425, volume 491).
Le méthane se forme lorsque les immenses quantités de matériel organique, qui coulent en permanence sur les fonds océaniques se décomposent. Des micro-organismes méthanogènes forment le méthane à partir de l’hydrogène et de CO2, et cela dans de telles quantités, que la science s’applique à comprendre les processus se déroulant sur le sol des mers de façon très détaillée.
Deux autres groupes de microorganismes vivant dans des conglomérats de différentes tailles, dans les sédiments marins contenant du méthane, veillent à la dégradation du méthane. Ce « groupe de travail » se compose d’archées méthanotrophes, et de bactéries. Ils reforment du CO2 en utilisant la voie métabolique de l’Anaerobic oxydation of méthane (AOM, oxydation anaérobie de méthane) dans les sédiments anoxiques. Depuis de nombreuses années, les scientifiques ont cherché le produit intermédiaire nécessaire à cette réaction, supposément transmis des archées oxidatrices de méthanes aux bactéries.
Il a longtemps été pensé que les bactéries réduisaient le sulfate (SO4) (en d’autres termes elles « respireraient l’oxygène présent dans le sulfate) grâce à l’aide des électrons obtenus de l’oxydation du méthane accomplie par les archées. Pour se faire, les électrons auraient cependant dû se déplacer des archées aux bactéries, comment, cela restait un mystère. Il était spéculé que les électrons étaient transportés de l’un à l’autre par des sortes de nano câbles.
Réduction de sulfate en sulfure
Finalement, l’équipe de chercheurs a découvert que la réaction fonctionne de façon totalement différente. Les chercheurs ont démontré que les archées peuvent accomplir l’AOM seules, sans l’aide de leurs partenaires bactéries. Les archées ne disposent pas de « la boîte à enzymes » observée habituellement chez les autres organismes à respiration au sulfate, mais dépendent d’une voie différente et encore inconnue. Lors de la réaction, le sulfate est réduit, cependant non pas jusqu’au sulfure d’hydrogène tel qu’on le pensait jusqu’alors, mais jusqu’au soufre non-valent seulement. L’équipe a pu grâce à l’aide de la microspectroscopie de Raman et de la technique de la chromatographie dépister la présence de soufre directement dans les archées, à taux bien plus élevés que chez les bactéries et donc permettre une contribution essentielle à l’identification du produit intermédiaire cherché depuis longtemps.
Les bactéries, a contrario, ne procèdent pas à la réduction de sulfate qui était pourtant présumée. Mais alors quel est donc le rôle des bactéries puisque les archées s’occupent non seulement de l’oxydation du méthane mais aussi de la respiration au sulfate ? Et bien les bactéries réductrices de sulfate absorbent le soufre non-valent qu’elles obtiennent des archées et utilisent alors une astuce microbiologique : elles oxydent une partie du soufre et en réduisent l’autre partie ce qui leur permet de gagner en énergie et donc de grandir et de se multiplier. Le disulfure [6] produit par l’AOM est donc utilisé par les bactéries de part la précédente réaction nommée dismutation. Cette réaction engendre la formation d’un composé sulfure (sulfure d’hydrogène) (qui a été réduit) et d’un sulfate (qui a été oxydé). Tout ceci s’apparente à une forme de fermentation, un processus similaire à celui utilisé pour la production d’alcool.
Les sulfates oxydés peuvent de nouveau être absorbés et utilisés par les archées. Les bactéries gardent donc une basse concentration en souffre non-valent, ce qui facilite le travail des archées (car la réaction se déroule alors de façon avantageuse en terme d’énergie). En même temps, elles fournissent aux archées du sulfate, dont celles-ci ont besoin pour leur métabolisme. Il s’agit donc d’une situation gagnante pour tous. C’est grâce à l’incubation continue, durant 8 ans, de cultures d’archées et de bactéries provenant du volcan de boue d’Isis, dans la mer Méditerranée, qu’il a été possible de retracer le cycle du souffre complexe impliqué dans l’AOM.
Jusqu’alors, il avait toujours été délicat d’expliquer la présence de soufre élémentaire dans les sédiments anaérobiques. Cette découverte n’élucide pas seulement le mystère de l’oxydation de méthane en milieu marin, elle éclaire aussi d’un jour nouveau les cycles de carbone et de soufre dans les sédiments marins, riches en méthane.
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