How have human activities disrupted the ecosystems of Europe’s coasts?
The BIOcean5D-funded Paleocore project, led by the French marine institute Ifremer and part of the TREC expedition, aims to study marine sediments to understand the impact of major historical events on ecosystems
Ifremer Press release
All pollution generated by human activities eventually reaches the ocean, with coastal ecosystems on the front line. In 2023, Ifremer embarked on a vast European survey, taking 124 sediment cores from 15 coastal sites in 9 countries. The aim: to find out if and how major historical events of the Anthropocene, such as the Second World War, Chernobyl, or the rise of certain practices ranging from pesticide use to port construction, have upset the fragile health of ecosystems.
Did you know that human history is also archived in marine sediments? This is what Raffaele Siano, a researcher in the molecular ecology of micro-organisms at Ifremer, revealed in 2021 in the journal Current Biology, when he demonstrated, thanks to traces of ancient DNA preserved in sediments, a clear correlation between drastic and irreversible changes in the planktonic communities of the Brest roadstead and major human impacts, notably the Second World War and the rise of intensive agriculture.
These locally demonstrated discoveries were the first step towards a larger project called Paleocore, which is part of two other European programs:
- The TREC (Traversing European Coastlines) project, conceived by the European Molecular Biology Laboratory (EMBL), in collaboration with the Tara Océan consortium, the Tara Océan Foundation, the EMBRC, and over 90 scientific institutions, including Ifremer. Its aim is to explore the biodiversity and adaptability of microbial communities and a selection of key organisms along European coasts from Finland to Greece. Over an 18-month period, the scientific teams involved collected 70,000 samples of water, soil, sediment, and air from 115 sampling sites on land and at sea.
- The BIOcean5D project, jointly led by EMBL and CNRS, involving more than 20 institutes in Europe, including Ifremer. It shares a common goal of exploring marine life and its evolution in relation to space, time, and the impact of mankind.
Going back in time to better understand current and future developments
Unlike other studies organised as part of TREC or BIOcean5D, Ifremer’s scientists have not sought to use live samples to study the current diversity of plankton and organisms.
“The whole point of the Paleocore project lies in this ‘paleo’ prefix,” insisted Raffaele Siano, a researcher in the molecular ecology of micro-organisms at Ifremer. “Just as palaeontologists used traces of metals and fossils found in geological layers to link the disappearance of the dinosaurs to intense volcanic activity and a meteorite fall in the Cretaceous, we’re looking to link changes in plankton communities to major historical human impacts by tracking traces of pollutants and DNA of different plankton species in ancient marine sediments.”
Over 10,000 samples collected in 9 European countries
From the 124 cores measuring between 50 and 120 cm that were taken in 2023 and 2024 at 15 sites in Europe, Ifremer teams, in collaboration with local partners and EMBL, extracted 10,000 samples. These cores will make it possible to go back to the end of the 20th century or the beginning of the 21st century, and some even cover longer periods beyond the 18th century. All will enable us to link changes in biodiversity to the history of the impact of human activities in Europe, from the war in 1945 to microplastics from the 1990s onwards, to pesticides in the 1980s and Chernobyl in 1986, or to major local events, whether natural or man-made.
“Depending on the location, we target certain peaks of human activity or major historical events,” explained Siano. “In Naples, for example, the core samples we take enable us to go back to 1816 and track down all the changes potentially linked to the use of pesticides in agriculture, urbanisation, the boom in tourism, and also the eruption of Mount Vesuvius (1944). Sediments from Lorient, Gdańsk (Poland), and Rostock (Germany), on the other hand, are likely to have retained memories of the effects of port development and the second World War. Samples taken at La Tremblade and Etang de Thau in France, and at Turku in Finland, respectively, focus on the effects of oyster and salmon farming.”
A complete examination to reveal the history of each core
Once repatriated to Ifremer, each sediment core begins a long process of analysis. All have been dated in collaboration with the EPOC unit in Bordeaux. They will now be examined from every angle by five Ifremer teams: from the granulometry of the sediments to the study of chemical contaminants present, the genetic analysis of DNA traces left by the species then present, and the identification of any small organisms less than a millimetre in size still nesting in the sediments (meiofauna) and phytoplankton cysts. The first results will be available by the end of 2025. They will provide a new reading of the ecological history of our coasts in relation to human history. They will also enable us to assess the resilience of an ecosystem in the face of such impacts. All of these new elements are essential for European-level reflection on the management of chemical contamination in the marine environment and the protection of biodiversity.
Comment les activités humaines ont-elles bouleversé les écosystèmes des côtes européennes ?
Le projet Paleocore, financé par BIOcean5D et mené par l’institut français de la mer Ifremer dans le cadre de l’expédition TREC, vise à étudier les sédiments marins pour comprendre l’impact des grands événements historiques sur les écosystèmes.
Communiqué de presse de l’Ifremer
Toute pollution générée par les activités humaines gagne un jour l’Océan avec en première ligne les écosystèmes côtiers. En 2023, l’Ifremer s’est lancé dans une vaste enquête européenne en prélevant 124 carottes sédimentaires sur 15 sites littoraux de 9 pays. Objectif : savoir si et comment des faits historiques majeurs de l’Anthropocène, comme la Seconde Guerre mondiale, la catastrophe Tchernobyl ou l’essor de certaines pratiques allant de l’usage des pesticides à de la construction de ports, ont pu bouleverser la santé fragile des écosystèmes côtiers.
Saviez-vous que l’histoire des hommes est aussi archivée dans les sédiments marins ? C’est ce que Raffaele Siano, chercheur en écologie moléculaire des micro-organismes à l’Ifremer révélait en 2021 dans la revue Current Biology en démontrant, grâce aux traces d’ADN ancien conservées dans les sédiments, une corrélation claire entre des changements drastiques et irréversibles des communautés planctoniques de la rade de Brest et des impacts humains majeurs notamment la Seconde Guerre mondiale et l’essor de l’agriculture intensive.
Ces découvertes démontrées localement ont ouvert le chemin vers un projet plus vaste baptisé Paleocore qui s’inscrit dans deux programmes européens :
- Le projet TREC (Traversing European Coastlines) conçu par l’European Molecular Biology Laboratory (EMBL) en collaboration avec le consortium Tara Océan, la Fondation Tara Océan, l’EMBRC, et plus de 90 institutions scientifiques dont l’Ifremer. Il a pour objectif d’explorer la biodiversité et l’adaptabilité des communautés de microbes et d’une sélection d’organismes-clés le long des côtes européennes depuis la Finlande jusqu’en Grèce. En 18 mois, les équipes scientifiques impliquées ont prélevés 70 000 échantillons d’eau, de sols, de sédiments et d’air sur 115 sites d’échantillonnage à terre et en mer.
- Le projet BIOcean5D porté conjointement par l’EMBL et le CNRS et impliquant plus de 20 instituts en Europe dont l’Ifremer. Il partage un objectif commun d’explorer la vie marine et son évolution en fonction de l’espace, du temps et des impacts des activités humaines.
Remonter le temps pour mieux comprendre les évolutions actuelles et futures
A la différence des autres études organisées dans le cadre de TREC ou de BIOcean5D, les scientifiques de l’Ifremer n’ont pas cherché ici à étudier la diversité actuelle du plancton et des organismes en prélevant des échantillons vivants.
« Tout l’intérêt du projet Paleocore tient dans ce préfixe « paleo », insiste Raffaele Siano. A la manière des paléontologues qui ont utilisé les traces de métaux et les fossiles retrouvés dans les couches géologiques pour réussir à relier la disparition des dinosaures à une intense activité volcanique et à une chute de météorite au Crétacé, nous cherchons à relier les changements des communautés de plancton à des impacts humains historiques majeurs en traquant dans les sédiments marins anciens les traces de polluants et les traces d’ADN des différentes espèces de plancton ».
Plus de 10 000 échantillons prélevés dans 9 pays européens
Des 124 carottes mesurant entre 50 et 120 cm qui ont été prélevées en 2023 et 2024 sur 15 sites en Europe, les équipes de l’Ifremer, en collaboration avec des partenaire locaux et l’EMBL, ont extrait 10 0000 échantillons. Ces carottes permettent de remonter jusqu au début du 21ème siècle ou à la fin du 20ème siècle, voire bien au-delà pour certaines qui couvrent des périodes plus longues au-delà du 18ème siècle. Toutes permettront de lier des changements de biodiversité à l’histoire des activités humaines en Europe, de la guerre en 1945 aux microplastiques à partir des années 1990, en passant par les pesticides dans les années 1980 et la catastrophe de Tchernobyl en 1986, ou à des évènements locaux importants, naturels ou d’origine anthropique.
« Selon les lieux, nous ciblons certains pics d’activités humaines ou certains faits historiques majeurs, explique Raffaele Siano. A Naples, par exemple, les carottes prélevées nous permettent de remonter jusqu’en 1816 et de traquer tous les changements potentiellement liés à l’usage des pesticides en agriculture, à l’urbanisation, à l’essor du tourisme mais aussi à l’éruption du Vésuve (1944). Tandis que les sédiments de Lorient, Gdańsk (Pologne) et de Rostock (Allemagne) devraient avoir garder en mémoire les effets du développement portuaire et de la seconde guerre mondiale. Les prélèvements réalisés à La Tremblade et dans l’étang de Thau en France et à Turku en Finlande s’intéressent, quant à eux, respectivement aux effets de l’ostréiculture et la salmoniculture ».
Un examen complet pour révéler l’histoire de chaque carotte
Une fois rapatriée à l’Ifremer, chaque carotte de sédiments commence un long parcours d’analyses. Toutes ont été datées en collaboration avec l’unité mixte de recherches EPOC de Bordeaux. Elles seront maintenant regardées sous toutes les coutures par 5 équipes de l’Ifremer : depuis la granulométrie des sédiments, l’étude des contaminants chimiques présents, l’analyse génétique des traces d’ADN laissées par les espèces alors présentes jusqu’à l’identification des éventuels petits organismes de moins d’un millimètre encore nichés dans les sédiments (méiofaune) et des kystes de phytoplancton. Les premiers résultats seront connus fin 2025. Ils livreront une nouvelle lecture de l’histoire écologique de nos côtes en lien avec l’histoire humaine. Ils permettront également d’évaluer le temps de résilience d’un écosystème face de tels impacts. Autant de nouveaux éléments essentiels pour nourrir une réflexion à l’échelle européenne sur la gestion des contaminations chimiques en milieu marin et la protection de la biodiversité.
In che modo le attività umane hanno sconvolto gli ecosistemi delle coste europee?
Il progetto Paleocore, condotto nell’ambito della spedizione europea TREC, è coordinato da Raffaele Siano, un ricercatore italiano dell’istituto marino francese Ifremer. Finanziato nell’ambito del progetto BIOcean5D, Paloecore ha l’obiettivo di studiare i sedimenti marini per comprendere l’impatto dei principali eventi storici sugli ecosistemi.
Comunicato stampa dell’Ifremer
L’inquinamento generato dalle attività umane finisce per raggiungere l’oceano e danneggia gli ecosistemi costieri che sono in prima linea. Nel 2023, Ifremer ha intrapreso una vasta indagine europea, prelevando 124 campioni di sedimento da 15 siti costieri in 9 Paesi. L’obiettivo è scoprire se e come i principali eventi storici dell’Antropocene, come la seconda guerra mondiale, Chernobyl o l’affermarsi di alcune pratiche – dall’uso di pesticidi alla costruzione di porti – abbiano danneggiato la fragile salute degli ecosistemi.
Sapevate che la storia umana è archiviata anche nei sedimenti marini? È quanto ha rivelato Raffaele Siano, ricercatore in ecologia molecolare dei microrganismi presso l’Ifremer, che in una pubblicazione del 2021 sulla rivista Current Biology ha dimostrato, grazie a tracce di DNA antico conservate nei sedimenti, una chiara correlazione tra i cambiamenti drastici e irreversibili delle comunità planctoniche della rada di Brest e i principali impatti umani – in particolare la seconda guerra mondiale e l’aumento dell’agricoltura intensiva.
Queste scoperte dimostrate localmente sono state il primo passo verso un progetto più ampio chiamato Paleocore, condotto nell’ambito di altri due programmi europei:
- Il progetto TREC (Traversing European Coastlines), ideato dall’EMBL – European Molecular Biology Laboratory (EMBL), in collaborazione con il consorzio Tara Océan, la Tara Océan Foundation, l’EMBRC e oltre 90 istituzioni scientifiche, tra cui Ifremer. L’obiettivo è esplorare la biodiversità e l’adattabilità delle comunità microbiche e di una selezione di organismi chiave lungo le coste europee dalla Finlandia alla Grecia. Nell’arco di 18 mesi, i team scientifici coinvolti hanno raccolto 70.000 campioni di acqua, suolo, sedimenti e aria da 115 siti di campionamento a terra e in mare.
- Il progetto BIOcean5D, guidato congiuntamente da EMBL e dal centro nazionale di ricerca francese CNRS, coinvolge più di 20 istituti in Europa, tra cui Ifremer. Condivide l’obiettivo comune di esplorare la vita marina e la sua evoluzione in relazione allo spazio, al tempo e all’impatto dell’uomo.
Tornare indietro nel tempo per comprendere meglio gli sviluppi attuali e futuri
A differenza di altri studi organizzati nell’ambito dei progetti TREC o BIOcean5D, gli scienziati dell’Ifremer non hanno cercato di studiare l’attuale diversità del plancton e degli organismi prelevando campioni vivi.
“L’obiettivo del progetto Paleocore sta tutto in questo prefisso ‘paleo‘”, dice Raffaele Siano. “Proprio come i paleontologi hanno utilizzato tracce di metalli e fossili trovati negli strati geologici per collegare la scomparsa dei dinosauri a un’intensa attività vulcanica e alla caduta di un meteorite nel Cretaceo, noi stiamo cercando di collegare i cambiamenti nelle comunità di plancton ai principali impatti storici dell’uomo, tracciando residui di inquinanti e DNA di diverse specie di plancton in antichi sedimenti marini”.
Oltre 10.000 campioni raccolti in 9 paesi europei
Dai 124 carotaggi di dimensioni comprese tra 50 e 120 cm effettuati nel 2023 e 2024 in 15 siti in Europa, i ricercatori Ifremer, in collaborazione con i partner locali e l’EMBL, hanno estratto 10.000 campioni. Questi carotaggi permetteranno di risalire alla fine del XX secolo o all’inizio del XXI secolo, mentre alcuni coprono periodi più lunghi arrivando fino al XVIII secolo. Tutto ciò ci permetterà di collegare i cambiamenti della biodiversità alla storia dell’impatto delle attività umane in Europa – dalla guerra del 1945 alle microplastiche a partire dagli anni ’90, ai pesticidi negli anni ’80 e a Chernobyl nel 1986, o ai grandi eventi locali, naturali o causati dall’uomo.
“A seconda del luogo, ci rivolgiamo a determinati picchi di attività umana o a grandi eventi storici”, spiega Raffaele Siano. “A Napoli, per esempio, i campioni prelevati ci permettono di risalire al 1816 e di rintracciare tutti i cambiamenti potenzialmente legati all’uso di pesticidi in agricoltura, all’urbanizzazione, al boom del turismo e anche all’eruzione del Vesuvio (1944). I sedimenti di Lorient (Francia), Danzica (Polonia) e Rostock (Germania), invece, hanno probabilmente conservato la memoria degli effetti dello sviluppo portuale e della seconda guerra mondiale. I campioni prelevati a La Tremblade e Etang de Thau in Francia, e a Turku in Finlandia, rispettivamente, si concentrano sugli effetti dell’allevamento di ostriche e salmoni”.
Un esame completo per scoprire la storia di ciascun nucleo
Giunti all’ Ifremer, i campioni di sedimento hanno iniziato un lungo processo di analisi a cura di cinque gruppi di ricerca che si concentrano su diversi aspetti: dalla granulometria dei sedimenti, allo studio dei contaminanti chimici presenti, all’analisi genetica delle tracce di DNA lasciate dalle specie allora presenti, all’identificazione di eventuali piccoli organismi di dimensioni inferiori al millimetro ancora annidati nei sedimenti (meiofauna) e delle cisti di fitoplancton. I primi risultati saranno disponibili entro la fine del 2025. Essi forniranno una nuova lettura della storia ecologica delle nostre coste in relazione alla storia umana. Ci permetteranno inoltre di valutare la resilienza di un ecosistema di fronte a tali impatti. Tutti questi nuovi elementi saranno essenziali per una riflessione a livello europeo sulla gestione della contaminazione chimica nell’ambiente marino e sulla protezione della biodiversità.
