Le changement climatique menace les écosystèmes néotropicaux

Publié par Adrien le 01/07/2020 à 09:00
Source: CNRS INEE
Parmi les études expérimentales in situ s'intéressant aux effets du changement climatique sur les écosystèmes, celles menées de façon coordonnées et standardisée par des réseaux de chercheurs sur de nombreux sites distribués le longs de gradients biogéographiques sont les plus rare. Cette approche permet de tester la généralité de réponses des écosystèmes au changement climatique, en rendant compte des interactions entre changement climatique global et contextes environnementaux et biologiques régionaux.

Une étude publiée dans Nature Communications montre comment des changements de régimes de précipitations, qui entraînent aussi bien des sècheresses que des inondations, érodent généralement la base des pyramides trophiques dans les écosystèmes d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) douce néotropicaux, avec des implications négatives pour la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des réseaux d'interactions trophiques.


a) Les feuilles en rosette des broméliacées à réservoir, ici l'espèce Aechmea (Aechmea est un genre de la famille des Bromeliaceae. Ce genre contient environ 250 espèces à l'heure actuelle. La plupart sont des plantes épiphytes.) aquilega en Guyane, retiennent un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) d'eau de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un hydrométéore météorologique qui fait...) et collectent des détritus, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se caractérise par son...) un écosystème miniature qui abrite un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un...) trophique aquatique.
b) Déflecteur de pluie (Station Biologique d'ElVerde, Puerto Rico).
c) Par rapport aux conditions actuelles (au centre), la sécheresse (à gauche) a pour effet d'alourdir la base des pyramides trophiques, tandis que des précipitations plus abondantes et fréquentes (droite) inversent les pyramides trophiques.

Comprendre et anticiper comment le changement climatique affectera le fonctionnement des écosystèmes au cours des prochaines décennies n'a jamais été aussi urgent. Cette question est particulièrement sensible pour les écosystèmes néotropicaux qui sont parmi les plus riches en espèces de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...), mais paradoxalement ceux dont la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et celle des gènes...) devrait être la plus affectée par les grands changements planétaires. Les scénarios climatiques futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) prédisent des fluctuations des précipitations qui pourraient provoquer des événements hydrologiques extrêmes tels que des inondations et des sècheresses, et dont les conséquences sur le fonctionnement des écosystèmes restent inconnues, en particulier pour les écosystèmes d'eau douce. Une expérience réalisée simultanément sur sept sites distribués du Costa Rica à l'Argentine a permis d'analyser la généralité des réponses des réseaux trophiques aux modifications des régimes de précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et...) et des cycles hydrologiques qui en découlent.

Les broméliacées à réservoir sont un système modèle idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la...) pour étudier les réponses des écosystèmes d'eau douce aux changements environnementaux. Ces plantes néotropicales possèdent des feuilles disposées en rosette qui retiennent de quelques centaines de millilitres à quelques litres d'eau de pluie. Elles forment ainsi des microcosmes naturels qui abritent un réseau trophique composé de microorganismes (bactéries, champignons, algues, protozoaires) et de macroorganismes détritivores et prédateurs (insectes, crustacés (Les crustacés (Crustacea) sont des arthropodes, c'est-à-dire des animaux dont le corps est revêtu d’un exosquelette chitinoprotéique...), mollusques, vers aquatiques). Les broméliacées sont communes dans les forêts néotropicales, couvrant ainsi un vaste gradient de conditions locales entre la Floride et l'Argentine.

Des déflecteurs de pluie individuels ont été placés au-dessus de broméliacées. Chaque broméliacée a reçu pendant deux mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) des pluies simulées. Selon les broméliacées, les manipulations ont simulé des changements de -50 % à +200 % dans la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) des événements de pluie par rapport aux normes locales, croisés avec des changements de -90 % à + 300 % dans les quantités moyennes d'eau entrant dans les réservoirs. A la fin des manipulations, la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe l'ensemble des matières...) des invertébrés et divers aspects du fonctionnement hydrologique du système ont été mesurés. L'hypothèse testée est que les modifications hydrologiques induites par manipulations des précipitations altèrent la forme des pyramides trophiques, c'est-à-dire la distribution de la biomasse et les transferts de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte)...) et d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) entre les différents niveaux trophiques du système.

Les événements de précipitations extrêmes et la dynamique hydrologique qui en découle ont influencé les niveaux trophiques de manière différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la...). La biomasse des détritivores était la plus élevée dans des conditions hydrologiques stables. La biomasse des prédateurs apicaux a diminué avec l'augmentation de la fréquence des précipitations sur tous les sites, malgré les différences naturelles d'identité et de biomasse initiale des espèces. Les méso-prédateurs n'ont pas été affectés par les manipulations des précipitations. En conséquence, les pyramides de biomasse se sont inversées dans les conditions de précipitations les moins fréquentes. Ces résultats, publiés dans la revue Nature Communications, suggèrent une intensification des interactions trophiques et une instabilité accrue des écosystèmes. Dans un avenir proche, de forts changements dans la structure et la dynamique des réseaux trophiques seraient donc à prévoir en réponse à la modification des précipitations.

Cette étude est portée par une équipe internationale de chercheuses et chercheurs issus:
- du Laboratoire Ecologie fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a été...) et Environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) (CNRS/Univ Toulouse Paul Sabatier/Toulouse INP),
- de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Colombie Britannique,
- de l'Université Fédérale de Rio de Janeiro (Rio de Janeiro est une mégapole située dans le sud-est du Brésil. C'est également la capitale de l'État de Rio de Janeiro. Avec ses 6,1 millions d'habitants...),
- de l'Université de Campinas,
- de l'Université de São Paolo,
- de l'Université de Puerto Rico,
- de l'Université Nationale de Rosario,
- de l'Université de l'Utah,
- de l'Université des Andes,
- de l'Université Queen Mary (Le RMS Queen Mary, surnommé le "Old-Lady" est un paquebot transatlantique britannique de la Cunard Line.),
- de l'Université d'Essex,
- du Laboratoire Microorganismes: Génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des molécules d'ARN). Il...) et Environnement (LMGE - CNRS/Univ Clermont Auvergne),
- du Laboratoire Ecologie des Forêts de Guyane (EcoFoG - CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / CIRAD / INRAE / AgroParisTech / Université de Guyane/Université des Antilles),
- du Laboratoire Botanique (La botanique est la science consacrée à l'étude des végétaux (du grec βοτάνιϰή;...) et Modelisatoin de l'Architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des Plantes et des végétations (AMAP - CNRS / CIRAD / INRAE / IRD),
- du Laboratoire Ecologie et Santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) des Ecosystèmes (INRAE / Agrocampus Ouest)

Référence de la publication:
G.Q. Romero, N.A.C. Marino, A.A.M. MacDonald, R. Céréghino, M.K. Trzcinski, D. Acosta Mercado, C. Leroy, B. Corbara, V.J. Farjalla, I.M. Barberis, O. Dézerald, E. Hammill, T.B. Atwood, G.C.O. Piccoli, F. Ospina Bautista, J.F. Carrias, J.S. Leal, G. Montero, P.A.P. Antiqueira, R. Freire, E. Realpe, S.L. Amundrud, P.M. de Omena, A.B.A. Campos, P. Kratina, E.J. O'Gorman, D.S. Srivastava. (2020).
Extreme rainfall events alter the trophic structure in bromeliad tanks across the Neotropics.
Nature Communications 11: 3215.
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