From green to red: experimental evidence for pigment-driven snow darkening

La neige n'est pas simplement un manteau blanc statique ; dans les régions polaires et de haute montagne, c'est un paysage vivant qui change de couleur. Lorsque la neige fond, elle révèle souvent une palette vibrante et changeante, dictée par la vie microscopique. Parmi ces habitants les plus significatifs figurent les algues de neige, de minuscules organismes qui prospèrent dans des conditions froides et humides. Ces algues contiennent des pigments, le même type de colorants naturels qui donnent aux plantes leur couleur verte ou transforment les feuilles d'automne en rouge. Dans le contexte de la neige, ces pigments font plus que simplement teinter la glace ; ils modifient la façon dont la neige interagit avec la lumière du soleil. La neige blanche réfléchit la majeure partie de l'énergie solaire vers l'espace, maintenant la surface fraîche. Lorsque la neige s'assombrit, elle absorbe plus de chaleur, ce qui accélère la fonte. Depuis des années, les scientifiques savent que les algues de neige provoquent cet assombrissement, mais une question spécifique est restée difficile à résoudre : l'assombrissement est-il simplement causé par la présence de plus d'algues, ou est-il causé par les couleurs spécifiques que produisent ces algues ? Distinguer le nombre pur de cellules de l'intensité de leur pigment a été presque impossible à l'état sauvage, où le vent, la température et la structure physique de la neige elle-même changent constamment.

Pour résoudre ce casse-tête, les chercheurs se sont tournés vers une expérience contrôlée qui isolait la variable de la couleur de la variable de la quantité. Ils ont travaillé avec un type spécifique d'algue de neige connu sous le nom de Haematococcus, qui peut exister à différents stades de développement et afficher différentes couleurs. Les scientifiques ont collecté ces algues et les ont cultivées d'une manière qui leur permettait de comparer trois groupes distincts : des cellules de type cyste vertes, des cellules de type cyste oranges et des cellules de type cyste rouges. Crucialement, ils se sont assurés que le nombre de cellules dans chaque groupe était identique et qu'elles étaient au même stade de développement. Cette configuration a éliminé la confusion habituelle de la nature, où une tache de neige plus sombre pourrait simplement contenir plus d'algues plutôt que des algues différentes. En utilisant un instrument spécialisé qui mesure la lumière sur l'ensemble du spectre visible, l'équipe a observé comment chaque couleur d'algue réfléchissait la lumière. Ils ont découvert qu'à mesure que les cellules passaient du vert à l'orange et enfin au rouge, leur chimie interne changeait. Les cellules rouges contenaient des concentrations plus élevées d'un pigment spécifique appelé astaxanthine, tandis que la quantité de pigment vert, la chlorophylle-a, restait relativement stable.

Les résultats de cette comparaison étaient clairs et directs. Lorsque les chercheurs ont mesuré la lumière rebondissant sur les différents échantillons, ils ont constaté une chute spectaculaire de la réflectance à mesure que les algues devenaient plus rouges. Comparées aux cellules vertes, les cellules oranges réfléchissaient environ 30 pour cent de lumière en moins, et les cellules rouges réfléchissaient environ 40 pour cent de moins. Cette réduction n'était pas aléatoire ; la quantité totale de lumière réfléchie à travers le spectre visible était étroitement liée à la quantité d'astaxanthine présente. Plus les cellules possédaient ce pigment rouge, plus la neige paraissait sombre à l'instrument. Cette découverte fournit la première preuve expérimentale directe que le pigment lui-même est un moteur primaire de l'assombrissement de la neige, indépendamment du nombre de cellules présentes. Cela suggère que dans le monde naturel, la couleur spécifique des algues importe tout autant que la densité de la prolifération. Bien que les conditions de terrain rendent souvent difficile l'observation claire de cet effet en raison des variations de la texture de la neige et d'autres facteurs, l'expérience confirme que l'accumulation d'astaxanthine est un mécanisme intrinsèque qui réduit la réflectance. Par conséquent, lorsqu'ils prédisent la quantité de neige qui fondra en raison de l'activité biologique, les scientifiques doivent considérer non seulement la biomasse des algues, mais aussi l'état physiologique des cellules et les pigments spécifiques qu'elles produisent.