L'affaiblissement hyperlocal par des ennemis spécifiques aux arbres aide à définir le modèle mondial de la biodiversité forestière – ScienceDaily


Si les étrangers ont envoyé une mission exploratoire sur Terre, l'une des premières choses qu'ils remarquaient – après les nuages ​​blancs et pelucheux Les océans bleus de notre monde de l'eau – serait la façon dont les notes de végétation de l'exubérance à l'équateur par la modération à mi-latitudes vers la monotonie aux plus hautes. Nous apprenons tous ce gradient de biodiversité à l'école, mais pourquoi existe-t-il?

Même Charles Darwin se demandait. Bien que le modèle soit frappant, il est difficile d'expliquer. Comme il s'agit d'une échelle globale, la tendance initiale était de soupçonner des mécanismes à long terme ou à grande échelle, comme la stabilité du climat (sans glaciers dans les régions tropicales), les taux de spéciation (plus élevés dans les régions tropicales) ou les taux d'extinction (plus bas en Les tropiques selon le record fossile).

En 1970 et 1971, deux écologistes ont proposé de manière indépendante un mécanisme radicalement différent, qui fonctionne à des échelles non de kilomètres mais de mètres. Daniel Janzen et Joseph Connell ont suggéré que les ennemis naturels spécifiques à l'hôte qui tueient des graines et des semis s'accumulent près des arbres centraux pourraient empêcher les espèces locales d'épandre de dominer une forêt et de donner aux espèces locales des espèces rares pour s'épanouir.

L'hypothèse de Janzen-Connell a maintenant près de 50 ans, mais il a été difficile à évaluer, surtout à l'échelle mondiale. Peu d'études ont explicitement examiné le lien entre l'auto-suppression et la diversité des espèces, et aucune étude n'a examiné cette relation à travers les latitudes tempérées et tropicales.

Il y a un an, Jonathan Myers, professeur adjoint de biologie à l'Université de Washington à St. Louis, et Joe LaManna, associé de recherche postdoctorale au Tyson Research Center de l'Université de Washington, ont proposé un test de l'hypothèse de Janzen-Connell à Les principaux chercheurs d'un réseau international de sites de recherche sur la dynamique forestière à long terme appelés le Smithsonian Center for Forest Forest Forest-Forest Global Earth Observatory (CTFS-ForestGEO).

Au cours de la prochaine année, LaManna a analysé les données de 24 parcelles de recherche, dont une au Centre de recherche Tyson de l'Université de Washington. Ensemble, ces parcelles abrite plus de 3 000 espèces d'arbres et environ 2,4 millions d'arbres. L'analyse a fourni la première preuve que l'effet Janzen-Connell contribue au gradient de la biodiversité à travers les latitudes tropicales et tempérées. Le document, qui compte 50 auteurs de 12 pays, a été publié dans le numéro du 30 juin 2017 de la revue Science

"C'est la première fois que nous avons eu les données pour faire ce genre d'analyse approfondie et regarder les latitudes tempérées et tropicales", a déclaré LaManna, qui est l'auteur correspondant sur le journal.

L'analyse a également fourni une délicieuse torsion sur l'hypothèse, à savoir que les prédateurs de plantes qui tuent des espèces rares peuvent également les empêcher de disparaître. "Lorsque les espèces sont trop rares, leurs ennemis se dilatent aussi, et ils ont ce qu'on appelle un avantage d'espèce rare", a déclaré M. Myers. Ainsi, les prédateurs spécialisés finalement stabilisent les espèces rares au lieu de les effacer.

"Nous avons pu montrer pour la première fois que cet effet stabilisant pourrait être plus fort pour les espèces rares dans les régions tropicales, ce qui pourrait expliquer pourquoi les forêts tropicales abritent autant d'arbres rares", a déclaré LaManna.

Qu'est-ce qui vous mange?

Les scientifiques soulignent que ce qu'ils voient dans les données est la signature du mécanisme Janzen-Connell, mais que les données sont agnostiques au sujet du mécanisme lui-même. En d'autres termes, il ne pointe pas un doigt sur des ennemis de plantes particuliers.

Le mécanisme exige que les ennemis soient des hôtes spécifiques plutôt que des généralistes. "Cela signifie que le FBI (champignons, bactéries et invertébrés)", a déclaré LaManna, "les très petits organismes qui évoluent rapidement et sont plus susceptibles d'être spécifiques à l'hôte".

Ces agents pathogènes sont partout, même s'ils échappent habituellement à notre avis. Des scientifiques de l'Université du Missouri-Saint-Louis qui ont travaillé au Tyson Research Center ont découvert plus de 100 espèces différentes d'herbivores d'insectes qui se nourrissent juste chez les adultes de chêne blanc, a déclaré M. Myers.

Les deux scientifiques mentionnent le travail de Scott Mangan, professeur adjoint au département de biologie de l'Université de Washington et coauteur sur le papier. Mangan a effectué à la fois des expériences de serre et de terrain (sur l'île du Panama Barro Colorado) montrant que les agents pathogènes du sol seuls – sans tenir compte des nutriments, des insectes, des mammifères ou des maladies du sol – suppriment la croissance des semis assez fortement pour expliquer le maintien de la biodiversité.

Mais d'autres études ont documenté la suppression par d'autres ennemis, donc la question du mécanisme reste ouverte.

Les parents proches font de mauvais voisins

L'observation clé sur laquelle repose l'hypothèse de Janzen-Connell est que la semence est plus lourde sous un arbre parent, mais les jeunes ont tendance à faire mieux leur parent.

L'effet des agents pathogènes sur les arbres est similaire à l'effet des agents pathogènes sur les personnes. Nous sommes plus enclins à attraper et à mourir d'une maladie comme la scarlatine ou le typhus si nous sommes emballés dans des habitations que si nous vivons dans un isolement rural. Donc, au moins sans les bénéfices de la médecine moderne, nous nous supprimons également.

La nouvelle étude a exposé deux aspects clés de l'auto-suppression. "Nous constatons que l'auto-suppression est en moyenne plus forte dans une forêt tropicale que celle tempérée", a déclaré Myers, et qu'elle change systématiquement avec la latitude. C'est un grand résultat numéro un. "

Deux aspects du réseau CTFS-ForestGEO ont donné aux données le pouvoir nécessaire, a déclaré M. Myers. L'une est que les parcelles forestières sont assez grandes pour qu'elles contiennent un nombre décent d'espèces rares, l'autre est que tous les arbres des parcelles ont été marqués, cartographiés, mesurés et identifiés dans une classe de petite taille. "Aucun autre réseau de parc forestier coordonné globalement combine de grandes parcelles avec des recensements qui ont un diamètre de 1 centimètre", at-il déclaré.

Le deuxième résultat est que, dans les tropiques, l'auto-suppression est plus forte pour les espèces rares que pour les espèces courantes. Dans la zone tempérée, les espèces rares et communes sont également affectées, a déclaré Myers, ou dans certains cas, l'auto-suppression se déclenche et est plus forte pour les espèces communes que les espèces rares.

Les scientifiques trouvent ce résultat excitant car cela peut expliquer une caractéristique incroyable des forêts tropicales: leur diversité est due à un grand nombre d'espèces en général, mais plutôt à un grand nombre d'espèces rares.

"Comment pouvez-vous emballer plus d'un millier d'espèces dans un parcours de 50 hectares dans les régions tropicales si les espèces rares sont touchées négativement par ces ennemis spécialisés?" Demande Myers. "Vous pensez que si ces espèces sont rares, ils seraient plus susceptibles d'être éteints, alors, qu'est-ce qui les maintient dans le système?"

La réponse est leurs ennemis. "Paradoxalement, les ennemis peuvent être bénéfiques", a déclaré LaManna. "Oui, ils tuent, mais en tuant, ils empêchent les booms et les bustes de la population. Si vous n'avez pas d'ennemis, vous aurez une croissance exponentielle de la population suivie d'un accident. Si vous ajoutez un ennemi qui suit l'abondance, au fil du temps, la population se stabilise . Il ne va jamais devenir grand, mais le revers est que ça ne va jamais se briser. Et ces ennemis sont une force stabilisante. »

Darwin aurait pu savourer les ironies ici. Les minuscules organismes qui vivent et meurent en quelques mètres carrés établissent des modèles qui couvrent dix mille kilomètres. Et les organismes qui tuent les arbres sont également leurs bienfaiteurs et les empêchent de clignoter complètement.

Lire la suite (en anglais)

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