La biodiversité peut aussi déstabiliser les écosystèmes
Publié par Isabelle le 25/11/2018 à 12:00
Source: CNRS INEE
Les écosystèmes riches en biodiversité sont plus stables face à la plupart des perturbations, telles que les sécheresses, les canicules ou les apports de pesticides. C'est du moins ce que l'on pensait jusqu'à maintenant. Des écologues de l'ISEM (CNRS / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Montpellier / IRD / EPHE), de l'Eawag et de l'Université de Zurich viennent maintenant de montrer que ce n'est pas si simple dans une étude publiée dans la revue Nature. Dans certaines conditions environnementales, l'augmentation de la diversité des espèces peut également entraîner une plus grande instabilité de l'écosystème.


Les biocénoses aquatiques se composent souvent de très nombreuses espèces – comme ici une communauté de microorganismes. (Photo: E. Mächler / F. Altermatt)

Les écosystèmes nous sont utiles à bien des égards. Ils nous procurent de la nourriture, de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et d'autres services écosystémiques comme des espaces de détente très appréciables. Pour cette raison, entre autres, il est donc primordial que ces systèmes fragiles conservent leur fonctionnalité et leur stabilité et ce, malgré les dérèglements climatiques ou la pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].). Mais que garantit cette stabilité ? C'est sur cette question que se sont penchés des écologues de l'ISEM (CNRS / Université de Montpellier / IRD / EPHE), de l'Eawag et de l'Université de Zurich dans "un essai très ambitieux et unique en son genre", comme le souligne Frank Pennekamp, écologue à l'Université de Zurich.

Concrètement, les scientifiques ont observé comment la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des...) influençait la stabilité des écosystèmes. Ils ont choisi comme modèles biologiques six espèces de ciliés, de minuscules organismes unicellulaires vivant dans l'eau. Les biologistes ont placé ces animaux dans des flacons en faisant varier leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) et la combinaison (Une combinaison peut être :) des espèces, créant ainsi des micro-écosystèmes qu'ils ont ensuite laissé se développer à des températures comprises entre 15 et 25 degrés. L'augmentation de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) visait à simuler le réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou réchauffement global, est un phénomène d'augmentation de la température moyenne des océans et de...) étant donné que les ciliés évoluent normalement à 15°C. Les scientifiques ont ensuite mesuré la stabilité de la production de 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...) dans les petits écosystèmes par des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) régulières avec une nouvelle technique d'analyse vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support...).


Un écologue de l'équipe du projet prélevant un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) dans un flacon afin de filmer le micro-écosystème au microscope en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) d'une analyse ultérieure. (Photo: Frank Pennekamp)

Des résultats apparemment contradictoires

Les résultats de cette expérience sont parus le 17/10/2018 dans la revue Nature et ils interpellent: la biodiversité a à la fois une influence positive et négative sur la stabilité de l'écosystème. "La stabilité écologique est une propriété complexe qui repose sur plusieurs éléments. Notre expérience montre comment la biodiversité agit sur les différentes composantes de la stabilité", explique Pennekamp, premier auteur de l'étude. Plus concrètement: la production de biomasse fluctue d'autant moins que les communautés d'espèces des micro-écosystèmes sont variées. Mais d'un autre côté: sous l'effet du réchauffement, les ciliés produisent d'autant moins de biomasse que le nombre d'espèces présentes dans le système est élevé.


Le graphique présente deux relations contraires: d'un côté, la résistance aux perturbations diminue à mesure que le nombre d'espèces du mini-écosystème augmente ; d'un autre côté, la stabilité temporelle de la production de biomasse augmente avec la biodiversité. (Graphique: Pennekamp et al., 2018)

"Le fait que les différentes composantes de la stabilité réagissent différemment doit être pris en compte dans la gestion des écosystèmes. Suivant le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la...) donné à chacune d'entre elles, la relation entre diversité et stabilité globale de l'écosystème peut être non linéaire", conclut Pennekamp.

Passage du laboratoire au milieu naturel

Mais les résultats obtenus dans de tels microcosmes sont-ils seulement transposables aux conditions naturelles ? Pour s'en assurer, Pennekamp et son équipe ont parcouru de nombreuses études scientifiques ayant porté sur l'influence de la biodiversité sur les différentes composantes de la stabilité. Et effectivement: d'autres chercheurs avaient également observé des relations contraires entre diversité spécifique et stabilité dans des communautés algales et des communautés de prairie, notamment. "Les résultats montrent clairement que la biodiversité ne suffit pas à garantir la stabilité globale des écosystèmes", commente Pennekamp. Il faut, en plus d'une grande diversité spécifique, qu'ils abritent des espèces capables de réagir de façon très variée aux modifications de l'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...). "La nature est bien plus complexe que nous le souhaiterions parfois en tant que chercheurs – mais c'est aussi ce qui fait tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l'intérêt de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...)", commente Pennekamp.

Détermination automatique des espèces par analyse vidéo et apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances,...) automatique

La quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) collectées pendant l'essai était telle qu'il n'aurait pas été possible aux biologistes de déterminer toutes les espèces manuellement. Ils ont donc développé un algorithme capable de distinguer les espèces. Pour ce faire, ils ont pipeté une certaine quantité de solution nutritive contenant les ciliés et l'ont déposée sur une lame porte-objet ; ils ont ensuite filmé les micro-organismes présents à l'aide d'une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) montée sur un microscope. En considérant la forme, la taille et la rapidité de locomotion des ciliés, l'algorithme a ensuite été capable de distinguer et de déterminer les différentes espèces dans les quelque 20 000 séquences vidéo enregistrées.


Référence publication:
Biodiversity increases and decreases ecosystem stability. Frank Pennekamp, Mikael Pontarp, Andrea Tabi, Florian Altermatt, Roman Alther, Yves Choffat, Emanuel A. Fronhofer, Pravin Ganesanandamoorthy, Aurélie Garnier, Jason I. Griffiths, Suzanne Greene, Katherine Horgan, Thomas M. Massie, Elvira Mächler, Gian Marco Palamara, Mathew Seymour & Owen L. Petchey . Nature. 17 octobre 2018.

Contact chercheur:
Emanuel A. FRONHOFER - Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) des Sciences de l'Evolution de Montpellier – ISEM (CNRS / Université de Monptellier / IRD / EPHE)
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