Les réponses des arbres à la température sont-elles optimales ?

Publié par Adrien le 12/03/2020 à 09:00
Source: CNRS INEE
Les changements climatiques affectent déjà de nombreuses espèces et les interactions entre celles-ci. A l'avenir, ces changements vont s'intensifier, et pour s'adapter aux climats futurs, les espèces devront changer. Néanmoins, nous ignorons en général quelles adaptations seront optimales dans ces climats à venir. Pour progresser dans notre compréhension des défis adaptatifs futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.), un consortium de chercheurs de Montpellier (notamment du Centre d'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 étendu, et il...) et Evolutive (CEFE - 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).) / Univ. Montpellier / Univ. Paul Valery Montpellier / EPHE / IRD) et de l'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...) des Sciences de l'Evolution de Montpellier (ISEM - CNRS / Univ. Montpellier / IRD / EPHE)), Bordeaux et Avignon, spécialistes de l'adaptation et l'écologie des arbres forestiers, utilisent un exercice de modélisation original pour prédire les valeurs optimales de traits des arbres en fonction du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue...). Cette étude a été publiée dans Evolution Letters, un nouveau journal issu des efforts conjoints des Sociétés Européenne (ESEB) et Américaine (SSE) de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) évolutive pour mettre en valeur les avancées significatives de notre compréhension de l'évolution biologique.


Succès de reproduction des hêtres et des sapins prédit par le modèle PHENOFIT, en fonction de la date d'ouverture des bourgeons au printemps, à différentes altitudes ; les lignes pointillées indiquent les dates moyennes d'ouverture des bourgeons à chaque altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur terre.). D'après Gaüzere et al. 2020.

Les forêts sont particulièrement sensibles au changement climatique, qui se produit sur des échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) courtes, relativement à la très longue durée de vie (La vie est le nom donné :) des arbres. Chez de nombreuses espèces, on observe un avancement des dates d'ouverture des bourgeons au printemps, lié au réchauffement des températures. Cependant, on ignore quelle date d'ouverture des bourgeons est optimale et comment cette date optimale varie en fonction du climat. Le modèle PHENOFIT qui s'intéresse à la façon dont les saisons contraignent le développement des plantes, permet de répondre à cette question. Ce modèle a été développé par Isabelle Chuine (CNRS), récompensée cette année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) par la médaille d'argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) du CNRS. Ce modèle prédit la date d'événements récurrents dans la vie des arbres (la date d'ouverture des bourgeons, de floraison (La floraison est le processus biologique de développement des fleurs. Elle est contrôlée par l'environnement (lumière, humidité, température) et les phytohormones.), la date à laquelle les fruits sont mûrs et celle à laquelle les feuilles se colorent et tombent) en fonction des températures et d'autres indices, comme la durée du jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...), que les arbres utilisent pour ajuster leur développement aux conditions climatiques. En fonction de ces dates et des événements climatiques, le modèle prédit si les arbres se reproduisent avec succès une année donnée (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.). Le modèle PHENOFIT a jusqu'à présent été surtout utilisé pour comprendre la distribution des arbres à l'échelle de continents entiers et les limites climatiques à leur répartition.

Dans leur étude, les scientifiques ont imaginé des arbres avec des réponses différentes à la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) et donc des dates d'ouverture des bourgeons différentes la même année. Le modèle PHENOFIT prédit alors le succès de reproduction de ces arbres. Cet exercice permet de déterminer quelle date de débourrement est optimale et maximise le succès de reproduction des arbres. Ils ont appliqué cette approche au sapin (Les sapins sont des arbres conifères du genre Abies originaires des régions tempérées de l'hémisphère nord. Ils font partie de la famille des Pinaceae. Ils sont...), au hêtre (Le hêtre est un arbre à feuilles caduques, originaire d'Europe, de la famille des Fagacées qui comprend en outre le chêne et le châtaignier. Il fait partie des essences nobles sélectionnées par les...) et au chêne (Le chêne est le nom vernaculaire de nombreuses espèces d'arbres et d'arbustes appartenant au genre Quercus, et à certains genres...), trois espèces très communes des forêts européennes, le long d'un gradient d'altitude dans les Pyrénées où le climat change sur de courtes distances. Ils concluent que la réponse du sapin à la température le long de ce gradient lui permet d'avoir des dates d'ouverture optimales à toutes les altitudes où l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de...) se trouve ; le hêtre ouvre ses bourgeons un peu trop tard mais le décalage est modéré à toutes les altitudes ; ce décalage est bien plus important chez le chêne, surtout à haute altitude où les bourgeons s'ouvrent trop tard pour que les fruits puissent être mûrs à temps avant l'arrivée de la mauvaise saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau Solstice et Équinoxe ci-dessous), la saison joue un...). Les 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 appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) sur la production de glands à haute altitude sont en accord avec ces prédictions.

Cette étude révèle donc que les réponses des arbres à la température semblent adaptatives, mais ne sont pas toujours optimales, et que ces patrons varient beaucoup entre espèces, ajoutant de nouvelles incertitudes sur les conséquences des changements climatiques sur les forêts tempérées. Ce travail a été permis par une approche très interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.), alliant des expertises très variées joignant la modélisation de l'évolution génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.), celle de l'écophysiologie des arbres, la modélisation du climat, et la confrontation des prédictions à des données de suivis génétiques et écologiques de long terme des forêts.

Référence:
Gauzere J., Teuf, B., Davi, H., Chevin, L-M., Caignard, T., Leys, B., Delzon, S., Ronce, O., Chuine I. Where is the optimum ? Predicting the variation of selection along climatic gradients and the adaptive value of plasticity. A case study on tree phenology.
Evolution Letters. March 2020.
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