Le changement climatique menace les écosystèmes néotropicaux

Résultats scientifiques

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, fruit de la collaboration entre le Laboratoire Ecologie fonctionnelle et Environnement (CNRS/Univ Toulouse Paul Sabatier/Toulouse INP), l’Université de Colombie Britannique, l’Université Fédérale de Rio de Janeiro, l’Université de Campinas, l’Université de São Paolo, l’Université de Puerto Rico, l’Université Nationale de Rosario, l’Université de l’Utah, l’Université des Andes, l’Université Queen Mary, l’Université d’Essex, le Laboratoire Microorganismes Génome et Environnement (CNRS/Univ Clermont Auvergne), le Laboratoire Ecologie des Forêts de Guyane (CNRS / CIRAD / INRAE / AgroParisTech / Université de Guyane/Université des Antilles), le laboratoire Botanique et Modelisatoin de l’Architecture des Plantes et des végétations (CNRS / CIRAD / INRAE / IRD), et le laboratoire Ecologie et Santé des Ecosystèmes (INRAE / Agrocampus Ouest), et 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 douce néotropicaux, avec des implications négatives pour la dynamique des réseaux d’interactions 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, mais paradoxalement ceux dont la biodiversité devrait être la plus affectée par les grands changements planétaires. Les scénarios climatiques futurs 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 et des cycles hydrologiques qui en découlent. 

Les broméliacées à réservoir sont un système modèle idéal 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, 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 des pluies simulées. Selon les broméliacées, les manipulations ont simulé des changements de -50 % à +200 % dans la fréquence 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 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 et d’énergie 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. 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.

 

Image retirée.
a) Les feuilles en rosette des broméliacées à réservoir, ici l’espèce Aechmea aquilega en Guyane, retiennent un volume d’eau de pluie et collectent des détritus, formant un écosystème miniature qui abrite un réseau 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.

Cette étude est portée par une équipe internationale de chercheuses et chercheurs issus :

  • du Laboratoire Ecologie fonctionnelle et Environnement (CNRS/Univ Toulouse Paul Sabatier/Toulouse INP),
  • de l’Université de Colombie Britannique,
  • de l’Université Fédérale de Rio de Janeiro,
  • 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,
  • de l’Université d’Essex,
  • du Laboratoire Microorganismes : Génome et Environnement (LMGE - CNRS/Univ Clermont Auvergne),
  • du Laboratoire Ecologie des Forêts de Guyane (EcoFoG - CNRS / CIRAD / INRAE / AgroParisTech / Université de Guyane/Université des Antilles),
  • du Laboratoire Botanique et Modelisatoin de l’Architecture des Plantes et des végétations (AMAP - CNRS / CIRAD / INRAE / IRD),
  • du Laboratoire Ecologie et Santé 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

Contact

Régis Céréghino
Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (CNRS/Univ Toulouse Paul Sabatier/INP Toulouse)
Jean-François Carrias
Laboratoire Microorganismes Génôme et Environnement (LMGE - CNRS/Univ Clermont Auvergne)
Bruno Corbara
Laboratoire Microorganismes Génôme et Environnement (LMGE - CNRS/Univ Clermont Auvergne)
Céline Leroy
Laboratoire Botanique et Modelisatoin de l’Architecture des Plantes et des végétations (AMAP - CNRS / CIRAD / INRAE / IRD)
Catherine Donati
Correspondante communication - Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (CNRS/Univ Toulouse Paul Sabatier/INP Toulouse)