Une nouvelle théorie aide à protéger les écosystèmes

Les écosystèmes réagissent très différemment à l’influence humaine. Toutefois, les causes de ces différences sont encore peu comprises. Une équipe de chercheuses et chercheurs de l’Eawag et du WSL propose à présent une approche intégrative. Celle-ci s’appuie sur quatre processus fondamentaux qui façonnent la biodiversité terrestre et aquatique, et livre des informations sur les moyens de protéger de façon plus ciblée la diversité des espèces dans les écosystèmes bleus (aquatiques) et verts (terrestres).

Bärbel Zierl 17.01.2023

Depuis des années déjà, les chercheuses et chercheurs ont observé que les écosystèmes aquatiques et terrestres et leurs communautés d’espèces réagissent différemment aux changements provoqués par les êtres humains. Alors que certains écosystèmes sont très sensibles au réchauffement climatique, par exemple les communautés de plantes au sommet des montagnes, d’autres sont moins touchées. Comment expliquer ces différences? Dans le cadre de l’initiative de recherche Blue-Green Biodiversity (BGB), un vaste groupe de scientifiques des instituts de recherche WSL et Eawag a mis à disposition un ensemble d’outils qui permet d’expliquer les différences de réactions des écosystèmes à l’influence humaine. L’étude, qui se concentre sur les systèmes terrestres et d’eau douce comme les lacs, les rivières et les ruisseaux, a été publiée récemment dans la revue scientifique Ecology Letters.

«Selon la théorie des communautés écologiques, quatre processus fondamentaux sont à l’œuvre pour façonner la biodiversité d’un site: la propagation, la spéciation, la sélection au niveau de l’espèce et la dérive écologique», explique Ian MacFadden, post-doctorant au sein de l’initiative de recherche BGB et l’un des deux auteurs principaux de cette étude. L’un des principaux objectifs de l’étude BGB consistait à réaliser une recherche approfondie de la littérature pour déterminer si l’importance relative de ces quatre processus diffère dans les écosystèmes terrestres et d’eau douce. «Si nous comprenons quel rôle ces processus jouent dans les écosystèmes bleus et verts et comment l’influence humaine telle que le changement climatique ou l’exploitation des terres agissent sur eux, nous serons capables d’expliquer pourquoi ces systèmes réagissent si différemment» ajoute I. McFadden. Sur la base des connaissances rassemblées, les chercheuses et chercheurs proposent une nouvelle approche intégrative qui associe l’influence humaine aux quatre processus écologiques.

Les processus qui créent la biodiversité sur un site

Propagation: lorsque de nouvelles espèces migrent depuis d’autres régions ou quittent leur région d’origine.
Spéciation: lorsqu’une espèce se divise en plusieurs nouvelles espèces, soit au sein d’un lieu unique, soit sur plusieurs sites, parce que les populations sont séparées à cause d’une barrière géographique.
Sélection au niveau de l’espèce: au sein d’une communauté, certaines espèces sont mieux adaptées aux conditions locales que d’autres. Les populations des espèces les mieux adaptées sont plus nombreuses, c’est-à-dire qu’elles sont sélectionnées, tandis que les populations des espèces moins bien adaptées diminuent.
Dérive écologique: dans les petites populations, les naissances et les morts aléatoires peuvent entraîner des changements stochastiques dans l’abondance des espèces, aussi connus sous le nom de dérives, voire mener à l’extinction d’espèces.

Remarque: à l’origine, ces quatre processus ont été proposés par Mark Vellend (2010, 2016) comme théorie des communautés écologiques. La sélection et la dérive concernent ici les processus écologiques dans des communautés et non les changements des fréquences alléliques comme dans les études génétiques sur la sélection naturelle et la dérive génétique.

Références:

Vellend, Mark. Conceptual synthesis in community ecology. 2010. The Quarterly Review of Biology. 85.2: 183–206
Vellend, Mark. The theory of ecological communities. 2016. Monographs in Population Biology 57. Princeton University Press.

Les organismes aquatiques sont plus sensibles aux changements du milieu

La propagation est un processus important qui façonne la biodiversité à un endroit précis: de nouvelles espèces immigrent, d’autres émigrent de leur territoire d’origine. C’est un va-et-vient permanent. Les chercheuses et chercheurs concluent dans leur étude que les organismes terrestres se propagent plus facilement que les organismes d’eau douce. Les écosystèmes terrestres sont généralement bien organisés en réseau, de sorte que les organismes terrestres peuvent migrer assez librement vers de nouveaux sites. En revanche, il est plus difficile pour les organismes d’eau douce de pénétrer dans de nouveaux biotopes, car ceux-ci sont moins bien reliés entre eux.

Si les êtres humains érigent en plus des barrières, comme les centrales hydrauliques, les communautés d’eau douce sont davantage restreintes dans leur capacité à s’adapter aux changements environnementaux. Certains nouveaux biotopes propices sont alors difficilement accessibles, voire inaccessibles. À terre, les nouveaux obstacles sont un peu plus faciles à surmonter ou à contourner en raison d’une meilleure mise en réseau générale. Les chercheuses et chercheurs partent du principe que les écosystèmes d’eau douce réagissent avec une sensibilité accrue aux changements physiques de leur biotope que les systèmes terrestres. Toutefois, les organismes terrestres sont également impactés. Les interventions humaines dans le paysage, comme les routes ou les clôtures, peuvent représenter des obstacles infranchissables, en particulier pour les mammifères, et menacer également la biodiversité terrestre.

Les organismes terrestres probablement plus sensibles au réchauffement climatique

Bien qu’ils soient très sensibles aux changements dans leur milieu, les organismes aquatiques sont probablement moins touchés par le réchauffement climatique que les organismes terrestres (cf. illustration). Les écosystèmes d’eau douce peuvent par exemple tirer profit du fait que l’eau se réchauffe plus lentement que la terre en raison de sa capacité thermique élevée. À court terme, l’eau atténue les vagues de chaleur, en particulier dans les lacs profonds, alors que la chaleur peut se déployer pleinement à terre. L’eau pourrait donc agir comme un tampon contre la hausse des températures et offrir aux organismes d’eau douce une protection relative, surtout dans les eaux profondes.

À l’inverse, les espèces terrestres seraient plus exposées au réchauffement climatique. En outre, elles manquent de plus en plus de zones de refuge fraîches et ombragées comme les forêts à cause du changement d’utilisation des sols. L’approche intégrative des chercheuses et chercheurs indique que les espèces terrestres subiraient une pression accrue pour s’adapter aux températures plus élevées. Au pire, cette pression sélective aboutirait à l’extinction d’espèces.

Une voie pour l’avenir

L’équipe de recherche espère que l’approche intégrative proposée fournira aux spécialistes des domaines pratiques de la protection environnementale ainsi qu’aux décideuses et décideurs politiques de nouveaux instruments pour protéger la biodiversité. «Pour préserver la diversité biologique, il est important de savoir quels sont les processus les plus influents à un moment donné. C’est en effet le seul moyen de mettre en place des mesures ciblées», précise Agnieszka Sendek, seconde autrice principale de l’étude. Lorsque les écosystèmes sont fortement influencés par la dérive écologique par exemple, c’est-à-dire lorsque les populations régressent rapidement, l’objectif prioritaire pourrait être de protéger la taille des populations et de préserver des biotopes de grande superficie. Mais lorsque les activités humaines restreignent en premier lieu la propagation, il faut prendre des mesures permettant de mieux mettre en réseau les biotopes restants. Lorsque le réchauffement est le problème principal, l’objectif pourrait être de créer des biotopes ombragés et frais dans lesquels animaux et plantes peuvent se réfugier.