Sam, AIMS

Sam Noonan is a coral reef ecologist with a focus on coral physiology. He is working on the same team as Katharina Fabricius  across several research projects investigating anthropogenic stressors on coral reefs on the Great Barrier Reef (GBR). I had the chance to work for a bit of time with him on his present experiment at the Australian Institute of Marine Science (AIMS) in Townsville.

Let’s know more about it !

[FR] Sam Noonan est un écologiste spécialisé dans l’étude des récifs coralliens et plus particulièrement  sur leur physiologie. Il travaille dans la même équipe que Katarina Fabricius sur différentes recherches s’interrogeant sur l’impact  des divers types de stress stresses d’origines anthropiques sur les récifs coralliens de la Grande Barrière de Corail (GBC). J’ai eu la chance de travailler quelques temps avec lui sur cette expérience à l’Institut Australien des Sciences Marins (AIMS) à Townsville.

What is coral bleaching ?
Qu’est-ce que le phénomène de blanchiment des coraux ?

Sam : Corals are animals very closely related to jellyfish. Each individual is usually tiny, but they grow in large interconnected colonies of identical clones. When you look closely you can see that each individual (or “polyp”) within the colony has a mouth, surrounded by a ring of tentacles, just like a jellyfish, except it is upside-down. Corals can feed on small animals in the plankton by capturing them with their tentacles, however they have developed a strategy to have most of their food produced for them by single-celled algae (ie seaweeds) called zooxanthellae. Within the corals’ tissue there are millions of these zooxanthellae that photosynthesize and transfer the resultant sugars to their coral hosts. When a coral is in a healthy state, there is between one and two million zooxanthellae per square centimetre of coral surface area, providing up to 90% of their energy requirements. This coral-algal symbiosis forms the basis of coral reef ecosystems which supports an incredible diversity and abundance of life.    

[FR] Sam :  Les coraux sont des animaux, très proches des méduses. Chaque individu est minuscule mais ils grandissent au sein d’une grande colonie interconnectée où chacun est un clone de l’autre. Si on regarde de plus près, chaque individu (ou « polype ») a une bouche entourée d’un cercle de tentacules, tout comme les méduses, à l’exception que c’est à l’envers. Les coraux peuvent se nourrir de petits animaux tels que le plancton marin en les capturant avec leurs tentacules. Cependant, ils ont développé une stratégie pour avoir la plupart de leur nourriture produite par une algue unicellulaire appelée zooxanthelle. Dans le tissu des coraux, ces algues y sont présentes par millions et elles photosynthétisent et transfèrent le sucre produit au cours de cette réaction à leurs coraux hôtes. Quand le corail est sain, il y a entre un ou deux millions de zooxanthelles par centimètre carré sur la surface du corail, ce qui fournit 99% de l’énergie nécessaire au corail pour son bon développement.  Cette symbiose corail-algue, forme la base d’un écosystème corallien abritant une incroyable diversité et abondance de vie.

Sam :  Unfortunately the symbiosis between corals and their zooxanthellae is easily disrupted. When corals become stressed, either from high temperatures or high light, or low salinity after rain, or in the presence of toxins, they can expel their zooxanthellae in a process known as coral bleaching. It is called “bleaching” because the corals themselves lack colour and are transparent, so once the colourful algae is gone, the coral skeleton is clearly visible through their thin tissue layer and they appear bleached white. Corals are still alive at this point and if the stress is removed quickly, the zooxanthellae may repopulate the coral. If not, the coral will starve and die as their main source of energy is gone.

[FR] Sam :  Malheureusement, cette symbiose entre les coraux et leurs zooxanthelles est facilement perturbée. Quand le corail stresse, à cause de la hausse de température ou de la lumière, ou encore de la faible salinité après la pluie, ou en présence de composés toxiques, il peut expulser ses zooxanthelles. Ce procédé s’appelle le blanchiment des coraux. Appelé en anglais « bleaching », parce que le corail n’a pas de couleur, il est transparent de base et c’est son algue  symbiotique (zooxanthelle) qui lui donne sa couleur corail. Les coraux sont encore vivants même à ce point, et si le stress part rapidement, les zooxanthelles peuvent revenir dans le tissu du corail. Sinon, le corail va s’affamer et mourir car sa seule source d’énergie est partie.

Sam :  While there are many stressors that can prompt corals to bleach, only increasing water temperatures have caused this to happen on large scales. In 1998 the first ever recorded global coral bleaching event occurred, and this repeated in 2002 and then in 2016. The 2016 bleaching event was the worst ever recorded on the GBR, with the northern 1/3 particularly affected (Hughes et al., 2017). Unfortunately water temperatures on the GBR did not go back to normal over winter of 2016, and the recent summer of 2017 has brought about further widespread coral bleaching. This is the first time widespread bleaching has been recorded in consecutive years on the GBR and the northern 2/3rds of the reef are presently heavily bleached. We will likely see considerable losses of coral in the coming months as those that are not repopulated with zooxanthellae starve.

[FR] Sam :  Bien qu’il existe plusieurs  sources de stress qui peuvent provoquer le « blanchiment », seule l’augmentation de la température de l’eau a causé cet événement à large échelle. En 1998, le premier événement de ce type fut rapporté, et cela s’est répété en 2002 puis 2016. En 2016, ce fut l’événement de « blanchiment » le plus dévastateur jamais rapporté sur la GBC, 1/3 de la GBC affectée (Hughes et al., 2017). Malheureusement, les températures de l’eau de la GBC ne sont toujours pas revenues à la normale depuis l’hiver 2016, et le récent été 2017 (décembre-janvier) a apporté un « blanchiment » encore plus étendu. C’est la première fois que l’étendue d’un « blanchiment » est reportée sur des années consécutives sur la GBC et au nord, 2/3 du récif a énormément blanchi. Nous allons probablement observer une perte considérable de coraux les prochains mois car ceux qui ne sont pas repeuplés de zooxanthelles sont affamés.

What is the actual state of the the Great Barrier Reef ?
Quel est l’état actuel de la Grande Barrière de Corail ?

Sam :  Coral reefs are in decline worldwide (Bellwood et al., 2004; Cinner et al., 2016). The GBR is no exception and increases in coral bleaching, coupled with cyclones and outbreaks of coral-eating crown of thorn starfish have seen the amount of coral halve on the GBR over the last 30 years (De’ath et al., 2012). Increasing human populations, land clearing and expanding agriculture have placed further pressure on the reef, particularly on reefs closest to the mainland coast (Kroon et al., 2016). The GBR is over 2000 km long and the condition differs regionally. The AIMS long-term monitoring program has been surveying the condition of the reef since the early 1980’s and provides the most comprehensive record of the changing reef condition through time (http://www.aims.gov.au/docs/research/monitoring/reef/latest-surveys.html#Latest surveys). The far northern end of the reef, being far from large human populations, has traditionally been in the best condition. However the recent mass coral bleaching events have hit the north hardest, and coral cover has declined in the last 12 months (Hughes et al., 2017). At present the southern 1/3 of the reef is in quite good condition, and coral cover around the Capricorn and Swains groups is amongst the highest recorded.

[FR] Sam :  Les récifs coralliens sont en diminution à l’échelle mondiale (Bellwood et al., 2004; Cinner et al., 2016). La GBC n’est pas une exception et l’augmentation du blanchiment des coraux, couplée avec les cyclones et les étoiles de mer mangeuses de coraux (Crown Thorn Starfish) (cf vidéo Katarina), ont réduit de moitié la population de coraux sur les 30 dernières années (De’ath et al., 2012). L’augmentation de la population humaine, le défrichage des terres et l’augmentation de l’agriculture ont augmenté le nombre de pressions sur la GBC, surtout dans les récifs les plus proches de la côte (Kroon et al., 2016). La GBC s’étend sur plus de 2000 km de long et les conditions sont différentes en fonction des régions. Les surveillances de la GBC opérées par l’AIMS ont pu reporter les changements sur la GBC depuis le début des années 1980 et fournissent les données les plus complètes des changements de la GBC au cours du temps (http://www.aims.gov.au/docs/research/monitoring/reef/latest-surveys.html#Latest surveys).  La partie la plus au nord du récif, le plus loin des pressions d’origines humaines, est en meilleure condition. Cependant, les récents événements de blanchiment en masse ont aussi affecté cette partie nord de façon considérable, et la couverture corallienne a diminué ces derniers 12 mois (Hughes et al., 2017). Actuellement, les 1/3 sud du récif sont en bonne condition et la couverture corallienne autour du « Capricorne » et « Swains » est la plus importante.

The actual focus of your research ?
Quels sont tes thèmes de recherche actuels ?

Sam :  Broadly speaking my research at AIMS investigates how human activities are altering the health and functioning of coral reef ecosystems. This has spanned a large range of topics from local (eg water quality declines) to global (eg climate change and ocean acidification) stressors, and focussed on a many different organisms (corals, fishes, seagrass, algae etc). Over the last year I have been involved in AIMS’s response to the mass coral bleaching events, doing aerial and in-water surveys, identifying how different types of corals have bleached and where this has occurred. I have also been involved in water quality projects, investigating how inshore coral reefs respond to environmental conditions that change dramatically in short time periods.

[FR] Sam :  D’une manière générale, mes recherches à l’AIMS essaient de déterminer comment l’activité humaine altère la santé et le fonctionnement des écosystèmes coralliens. Ce qui englobe de nombreux sujets allant de problèmes locaux (dégradation de la qualité de l’eau) à des problèmes plus globaux (changement climatique et acidification des océans), avec un focus sur différents organismes (coraux, poissons, plantes marines, algues…). Au cours de la dernière année, j’ai été impliqué dans un projet pour étudier la réponse aux événements massifs de blanchiment des coraux, en effectuant des relevés aériens et sous l’eau, en identifiant comment différents types de coraux ont blanchi et où cela s’est produit. J’ai aussi été impliqué dans des projets pour étudier l’évolution de la qualité de l’eau, étudiant comment les récifs côtiers répondent aux conditions environnementales changeant dramatiquement dans des périodes de temps relativement faibles.

Talk to us about your current experiment
Parle-nous de ton expérience en cours

Sam :  On inshore coral reefs, rain runoff from land can bring sediments to the reef, and periods of windy weather can resuspend sediments from the seafloor. What this means for the corals and other organisms living on the seafloor is that one day the water can be clear with plenty of light available to photosynthesise, and then the next it will be full of sediments which can smother them and block out most of the available light. Recent research has shown that the reductions in light available to corals can be worse for them than the physical presence of potentially smothering sediments (particularly for branching coral species). But while we know that lower light is bad for corals, it is unclear how they respond to the fluctuations in light that they regularly experience.

[FR] Sam :  Dans les récifs coralliens côtiers, les déversements de pluie venant des terres apportent des sédiments dans le récif, et pendant des périodes de vent cela peut remuer les sédiments du fond marin et les remettre en suspension dans l’eau. Ce qui signifie pour les coraux et les organismes vivant sur le sol océanique, qu’un jour l’eau peut être claire avec beaucoup de lumière pénétrant dans l’eau pouvant être utilisée pour réaliser la photosynthèse, et le jour d’après l’eau peut devenir très turbide (pleine de sédiments en suspension) et bloquer la lumière passant au travers de la colonne d’eau.  Les récentes recherches ont montré que la réduction de la lumière disponible pour les coraux peut être pire que la présence de sédiments. Mais maintenant que nous savons que la diminution de lumière est « mauvaise » pour les coraux, leur réponse aux fluctuations de lumière qu’ils subissent régulièrement n’est pas claire.

Sam : We have recently been conducting an experiment to find this out, and have focussed on two comon coral species. Here we exposed the adults and juveniles of Acropora tenuis and A. hyacinthus to three different light levels, as well as a fourth treatment that oscillated back and forth between the highest and lowest levels of light. While many of the results are yet to be analysed, preliminary data shows that the growth of the adult corals is dependent on the total amount of light they receive. Here the lower the light, the lower the coral growth, and the oscillating light treatment had the same growth as the medium constant light.    

[FR] Sam :  Nous avons récemment mené une expérience pour mieux le comprendre et nous nous sommes concentrés sur deux espèces coralliennes. Ici, nous avons exposé les adultes et les juvéniles Acropora tenuis et Acropora hyacinthus à trois niveaux de lumière différents, ainsi qu’un quatrième traitement oscillant entre les niveaux de lumière le plus élevé et le plus bas. Bien qu’un bon nombre de résultats soient encore en train d’être analysés, les données préliminaires montrent que la croissance des coraux adultes dépend de la quantité totale de lumière qu’ils reçoivent. Ici, plus la lumière est faible, plus la croissance du corail est faible, et avec un traitement de lumière oscillante on trouve la même croissance que le traitement avec une lumière moyenne constante.

L’expérience en cours de Sam. The current Sam experiment.
Les aquariums avec des apports en lumières différents. The tanks with different light treatments.
Les deux espèces : Acropora tenuis et Acropora hyacinthus (les « plats »). The two corals specis :Acropora tenuis and Acropora hyacinthus (the « flat » one).
Les coraux qui commencent à s’installer sur leur substrat. Corals settlement on substrate.

A message of hope ? 🙂
Un message d’espoir ? 🙂

Sam :  These are indeed difficult times for coral reefs, and it seems that hardly a day goes by without hearing about another example of coral reef decline. But despite their sensitivity, coral reefs are incredibly resilient, and if left undisturbed, recovery following disturbance can be relatively quickly. The oscillating reef health data from AIMS’s long-term monitoring team reflects this, where healthy reefs are periodically disturbed, and then recover, only to be disturbed again. The troubling thing is that disturbance events are becoming more frequent and the baseline health of the GBR is declining. If we can manage the local stressors, by improving water quality and preventing overfishing, coral reefs stand the best chance to cope with climate change and ocean acidification until we can globally reduce carbon dioxide emissions.

[FR] Sam :  Ce sont en effet des moments difficiles pour les récifs coralliens, et il semble que peu de jours se passent sans avoir entendu parler d’un autre exemple de déclin des récifs coralliens. Mais, malgré leur sensibilité, les récifs coralliens sont incroyablement résistants et, s’ils ne sont pas dérangés, la récupération après perturbation peut être relativement rapide. Les données sur la santé oscillante des récifs provenant de l’équipe de surveillance à long terme d’AIMS reflètent ceci : les récifs sains sont périodiquement perturbés, puis se rétablissent, et sont perturbés à nouveau. Le problème est que les événements perturbateurs sont de plus en plus fréquents et que le niveau de santé de référence du GBC diminue. Si nous pouvons gérer les facteurs de stress locaux, en améliorant la qualité de l’eau et en empêchant la surpêche, les récifs coralliens ont la meilleure chance de faire face au changement climatique et à l’acidification des océans jusqu’à ce que nous puissions réduire globalement les émissions de dioxyde de carbone.

More …

Notre ancien article sur le blanchiment des coraux : ICI.
Un peu plus sur l’acidification des océans : ICI.
Page internet de Sam Noonan .

Sources

Hughes, T. P., Kerry, J. T., Álvarez-Noriega, M., Álvarez-Romero, J. G., Anderson, K. D., Baird, A. H., … & Bridge, T. C. (2017). Global warming and recurrent mass bleaching of corals. Nature, 543(7645), 373-377.

Bellwood, D. R., Hughes, T. P., Folke, C., & Nyström, M. (2004). Confronting the coral reef crisis. Nature, 429(6994), 827-833.

Cinner, J. E., Huchery, C., MacNeil, M. A., Graham, N. A., McClanahan, T. R., Maina, J., … & Allison, E. H. (2016). Bright spots among the world’s coral reefs. Nature, 535(7612), 416-419.

De’ath, G., Fabricius, K. E., Sweatman, H., & Puotinen, M. (2012). The 27–year decline of coral cover on the Great Barrier Reef and its causes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(44), 17995-17999.

Kroon, F. J., Thorburn, P., Schaffelke, B., & Whitten, S. (2016). Towards protecting the Great Barrier Reef from landbased pollution. Global change biology.

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