Le réchauffement climatique oblige les plantes à “déménager”. Mais le peuvent-elles ?

Haldre Rogers est entrée en écologie par le biais d'une calamité d'origine humaine que les scientifiques appellent par euphémisme "expérience accidentelle".

En 2002, elle a accepté un poste sur l'île pacifique de Guam et les îles Mariannes voisines pour étudier les serpents bruns envahissants qui ont été introduits à Guam, probablement à partir d'un cargo, peu après la Seconde Guerre mondiale. Au cours des décennies qui ont suivi, ces grands serpents ont prospéré et de nombreux animaux indigènes ont été anéantis.

La tâche initiale de Mme Rogers consistait à suivre les observations signalées sur les îles voisines. Ce travail, dit-elle, "m'a donné beaucoup de temps pour fixer les arbres et essayer d'y voir des serpents. Je me suis alors rendu compte qu'il y avait des différences entre les forêts de Guam et celles des autres îles".

Pour son doctorat, Rogers a donc décidé de déterminer si les serpents eux-mêmes avaient modifié les arbres et les arbustes de Guam.

Le lien potentiel était le suivant : De nombreux arbres et autres plantes dépendent des animaux pour disperser leurs graines, et cela se fait souvent par l'intermédiaire des fruits. Tels de mini chevaux de Troie écologiques, les fruits ont évolué pour être mangés, leur pulpe constituant un appât nutritif qui incite l'animal à les consommer et à avaler également les graines de la plante.

L'animal passe à autre chose. Au bout d'un certain temps, il défèque, déposant les graines avalées quelque part dans son rayon d'action. Souvent, ces graines émergent sous la forme de petits amas de fumier fertilisant.

Une myriade de facteurs déterminent si une graine deviendra un jour une plante mature. Mais en s'appropriant les ailes, les pattes, les entrailles et l'arrière-train des animaux, les plantes enracinées ont développé un moyen de disperser les formes embryonnaires de leur progéniture sur de grandes distances.

À Guam, les arbres de la forêt dépendaient de sept espèces principales de disperseurs - six oiseaux et une chauve-souris - et les serpents arboricoles les ont décimées. À l'arrivée de Rogers, il ne restait plus qu'un seul oiseau disperseur, et seulement dans une zone limitée, et la population de chauves-souris ne comptait plus qu'une cinquantaine d'individus. La population de chauves-souris ne comptait plus qu'une cinquantaine d'individus. "En gros, il n'y avait plus de dispersion des graines", explique M. Rogers, aujourd'hui écologiste à Virginia Tech.

Sur l'ensemble de l'île, les fruits tombent désormais sur le sol de la forêt.

Rogers a constaté qu'il y avait des gagnants et des perdants parmi les plantes de Guam. Certaines espèces moins dépendantes des animaux prospèrent. En revanche, de nombreux arbres et arbustes fruitiers indigènes sont en difficulté. Il y a moins de mélange, et les forêts ont donc une plus faible diversité d'espèces végétales.

Ce qui est particulièrement frappant, c'est ce qui se passe lorsqu'un arbre adulte tombe dans la forêt. Normalement, explique M. Rogers, une mêlée générale s'ensuit, les masses de jeunes plants en croissance se disputant la lumière nouvellement disponible. Sur l'île de Guam, ces trouées se comblent très lentement car les graines ne sont pas apportées. "Lorsque vous perdez un disperseur de graines", explique M. Rogers, "il n'y a rien d'autre qui puisse reprendre ce rôle dans le système".

S'il s'agissait simplement d'une expérience menée par inadvertance sur une île lointaine - confirmant ce que les écologistes supposent depuis longtemps sur la dépendance des plantes à l'égard des animaux frugivores, c'est-à-dire mangeurs de fruits - il s'agirait d'un malheur local. Mais avec l'effondrement des populations d'animaux sauvages dans le monde entier, les écologistes craignent qu'il ne s'agisse plutôt d'un avertissement généralisé.

Dans l'ouest des États-Unis et au Mexique, alors que le nombre de geais des pins s'effondre, les écologistes s'inquiètent de la persistance à long terme des pins de piñon, dont les graines sont cachées et disséminées par ces oiseaux.

Des exemples de ce type existent dans le monde entier.

Mais le problème est encore plus grave : les plantes ont probablement plus que jamais besoin de leurs animaux disperseurs de graines. Avec l'augmentation rapide des températures due au changement climatique, de nombreuses plantes devront se déplacer vers des endroits plus frais pour survivre. Cependant, les recherches menées par les écologistes spécialistes de la dispersion des graines suggèrent que les populations animales en diminution dans le monde n'ont pas la capacité d'assurer la médiation de ces migrations.

"Le monde change si rapidement. Les choses doivent réagir d'une manière ou d'une autre", explique M. Rogers. "Il sera extrêmement important de comprendre les mouvements.

Les bons mouvements

Les chercheurs estiment que plus de la moitié des plantes à graines de la planète dépendent de la dispersion des graines par l'intermédiaire des animaux et que dans les forêts tropicales, ce chiffre est de 75 % ou plus. Selon M. Rogers, cette dépendance prend diverses formes.

Par exemple, comme le montre l'exemple de Guam, les animaux frugivores remplissent une fonction de maintenance permanente et vitale au sein d'une population locale. Les graines dispersées au hasard par les animaux peuvent atterrir dans de nouvelles zones de croissance saines et garantir des écosystèmes mixtes, alors que les fruits qui tombent sous leurs parents sont en concurrence avec leurs frères et sœurs et se trouvent, littéralement, dans l'ombre de leurs parents.

Ces graines tombées au sol ont également perdu l'étape souvent importante du passage par l'intestin de l'animal. La digestion peut éliminer les molécules qui inhibent la germination et débarrasser la graine de la chair qui l'entoure et qui, si elle reste en place, peut favoriser la croissance de champignons et d'autres agents pathogènes.

Mais comme Rogers et ses collègues l'ont décrit dans la 2021 Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, un autre service sera important pour survivre au changement climatique : le transport des graines au-delà de l'aire de répartition actuelle de leurs parents. À mesure que les températures augmentent, les plantes devront suivre le mouvement des conditions climatiques auxquelles elles sont adaptées. D'une manière générale, cela signifie se déplacer vers le nord pour les espèces de l'hémisphère nord et vers le sud pour les espèces de l'hémisphère sud - ou vers des altitudes plus élevées.

Juan P. González-Varo, écologiste à l'université de Cadix, en Espagne, explique que les températures moyennes variant en fonction de la latitude - elles deviennent plus fraîches à mesure que l'on s'éloigne de l'équateur - les écologistes peuvent calculer la vitesse à laquelle une espèce devra se déplacer vers des climats plus frais pour rester à la même température moyenne, en se basant sur les données relatives aux taux de réchauffement de la planète. L'estimation actuelle est de 4,2 kilomètres par décennie, ce qui représente un déplacement important de l'aire de répartition. Le taux de déplacement nécessaire est plus élevé pour les plantes ligneuses fruitières, car il leur faut souvent des années, voire des décennies, pour atteindre la maturité reproductive, explique M. González-Varo.

Les écologistes se demandent si les populations animales actuelles permettront aux plantes d'y parvenir.

Les travaux de M. González-Varo, par exemple, portent sur les oiseaux. Il explique qu'au milieu des années 2010, lorsque les écologistes ont décrit l'importance de la migration des plantes à l'avenir, les auteurs de certains articles influents ont déclaré que les oiseaux migrateurs étaient bien placés pour déplacer les graines sur les distances nécessaires.

Cependant, bien que les oiseaux migrateurs effectuent de longs voyages, les graines peuvent traverser le tractus gastro-intestinal des oiseaux en 20 minutes seulement après avoir été avalées. Les oiseaux retiendront-ils les graines assez longtemps pour les transporter sur une distance suffisante ?

Des chercheurs qui ont examiné le contenu des intestins d'oiseaux migrateurs des îles Canaries, dans l'Atlantique, ont trouvé des graines provenant du continent, à quelque 170 kilomètres de là, ce qui indique que la dispersion sur de longues distances est possible. Mais González-Varo a senti qu'il y avait un problème et, en 2021, lui et ses collègues ont publié des travaux sur les forêts européennes qui ont confirmé son pessimisme : Les oiseaux migrateurs voyagent généralement dans la mauvaise direction lorsqu'ils mangent des fruits.

Les chercheurs ont recueilli des données sur 949 exemples de 46 espèces d'oiseaux mangeant les fruits de 81 plantes différentes. Ils ont observé que les oiseaux migrateurs avaient tendance à manger des fruits européens lorsqu'ils se dirigeaient vers le sud pour l'hiver, des climats froids vers les climats chauds. C'est la direction opposée à celle nécessaire pour suivre le changement climatique. Seul un tiers environ des espèces végétales étudiées, dont le houx, l'olivier sauvage et le lierre, produisent des fruits au printemps, lorsque les oiseaux se dirigent vers le nord - une période qui aiderait les espèces à se déplacer vers des latitudes plus fraîches.

Ainsi, si les oiseaux migrateurs étaient considérés comme la solution pour que les plantes suivent le changement climatique, Mme González-Varo estime que cette étude montre qu'ils constituent "une solution très partielle".

Hausse des températures, réduction des distances

Une simulation à grande échelle publiée en 2022 a examiné de plus près la capacité globale de tous les animaux à déplacer les graines. Les résultats sont également préoccupants.

L'écologiste Evan Fricke du MIT, Rogers et ses coauteurs ont d'abord constitué une base de données de toutes les études de terrain auxquelles ils avaient accès et dans lesquelles les chercheurs avaient quantifié les aspects de la dispersion des graines par les animaux. Quels animaux mangent les fruits de quelles plantes ? Les animaux avalent-ils, dépouillent-ils, cachent-ils ou détruisent-ils les graines ? Jusqu'où les animaux emportent-ils les graines ? Et dans quels cas les graines produisent-elles de nouvelles plantes ? Le modèle a finalement été alimenté par des données provenant d'environ 18 000 interactions entre animaux et plantes.

Ensuite, l'équipe a ajouté des données décrivant chaque espèce animale et végétale ; l'équipe a également inclus des données sur les aires de répartition géographique naturelle des espèces, y compris des estimations de l'endroit où les espèces disparues vivraient aujourd'hui si elles ne s'étaient pas éteintes.

Enfin, ils ont utilisé l'apprentissage automatique pour simuler le degré de distribution des graines par les animaux à travers le monde aujourd'hui, et la manière dont le déclin des disperseurs et de leurs habitats affecte le mouvement des graines.

Cette carte mondiale montre les variations géographiques de la capacité de la dispersion des graines par l'intermédiaire des animaux à déplacer les plantes vers de nouveaux habitats assez rapidement pour suivre le rythme du changement climatique. Plus l'indice est élevé, plus la capacité à suivre le changement climatique de cette manière est grande. Dans les régions tempérées, la dispersion en fonction du climat est particulièrement limitée.

La première chose qui ressort du modèle est une forte corrélation entre la taille d'un animal - en particulier les mammifères - et la distance à laquelle il disperse les graines. En règle générale, les grands mammifères ont de vastes territoires et les graines mettent plus de temps à les traverser. (Les oiseaux, précise M. Fricke, occupent le plus souvent des territoires assez restreints lorsqu'ils ne migrent pas). C'est un problème, car les grands mammifères sont beaucoup plus susceptibles que les petits d'avoir été poussés à l'extinction par l'homme ou de se diriger dans cette direction.

L'équipe de Fricke s'est ensuite penchée sur les dispersions de plus d'un kilomètre de l'aire de répartition de la plante mère - le type de dispersion nécessaire pour modifier l'aire de répartition des plantes. Leur modèle a montré que les extinctions et le déclin de l'habitat ont considérablement réduit la dispersion des graines sur de longues distances. "La disparition massive des grands animaux dans les écosystèmes a entraîné une très forte diminution de la dispersion des graines sur de longues distances", explique M. Fricke.

Qu'il s'agisse des peintures rupestres en France ou des archives fossiles, les données historiques montrent que les grands mammifères étaient autrefois très répandus et qu'ils dispersaient constamment les graines sur de longues distances. "Cela a permis de faire face aux changements climatiques survenus au cours des 10 000 dernières années environ", explique M. Fricke. "Mais aujourd'hui, ils n'aident plus les plantes à faire face aux changements climatiques, car ils ont soit complètement disparu, soit sont limités à de très petites zones dans leurs anciennes aires de répartition.

L'équipe a effectué une autre simulation dans laquelle tous les oiseaux et mammifères actuellement menacés disparaissent. Dans ce scénario, la dispersion des graines sur plus d'un kilomètre souffrirait davantage, certaines des pertes les plus importantes se produisant à Madagascar et en Asie du Sud-Est.

En résumé, selon M. Fricke, l'augmentation des températures entraîne une diminution de la circulation des graines, au moment même où l'on en a le plus besoin.

En rassemblant des quantités massives de données, l'écologiste Evan Fricke et ses collègues ont calculé la capacité mondiale des animaux à déplacer des graines sur de longues distances. La carte thermique de gauche montre les capacités actuelles à déplacer les graines sur des distances de 1 km ou plus. La carte de droite est une simulation de la distance à laquelle les graines seraient déplacées si l'homme n'avait pas réduit les populations animales (parfois jusqu'à l'extinction) et leurs aires de répartition.

Une dispersion en perte de vitesse

Pour compliquer encore les choses, il arrive qu'une espèce animale cesse de disperser des graines alors qu'elle est toujours là et qu'elle mange encore des fruits, explique Kim McConkey, écologiste affilié au campus malaisien de l'université de Nottingham, au Royaume-Uni, qui a observé les habitudes de nombreuses créatures frugivores. La disparition des prédateurs en est l'une des causes. Sans la crainte d'être happés par un renard ou un faucon, par exemple, les rongeurs sont moins enclins à transporter des graines loin des plantes où ils les ont trouvées. La pollution sonore et lumineuse en est une autre : Elle peut dissuader les disperseurs de graines de s'aventurer dans certaines zones.

La réduction de la concurrence pour la nourriture peut également modifier radicalement les schémas de dispersion. À Guam, les frugivores survivants, libérés de la concurrence, mangent les fruits de moins d'espèces végétales. À Tonga, le renard volant insulaire - une espèce de chauve-souris dont les effectifs sont en déclin dans cette région - ne cueille plus que rarement les fruits d'un arbre pour les transporter ensuite ailleurs afin de les manger, explique M. McConkey. Ils se contentent de se nourrir allègrement dans l'arbre fructifère, en laissant tomber les graines en dessous. "Lorsque les chauves-souris sont peu nombreuses, elles ne se battent pas et il n'y a pas de dispersion des graines. "S'il n'y a pas assez de chauves-souris, presque rien ne bouge.

La fragmentation de l'habitat est un autre problème, selon Dov Sax, biologiste de la conservation à l'université de Brown. "Une grande partie de l'Europe est occupée par des champs agricoles. Il en va de même pour une grande partie du centre des États-Unis", explique-t-il. "Cela crée un énorme obstacle à la dispersion.

À bien des égards, le monde est aujourd'hui radicalement différent de ce qu'il était au cours des périodes précédentes de changement climatique, ajoute M. Sax. "En Amérique du Nord et au Royaume-Uni, aucun d'entre nous n'a grandi avec des éléphants parcourant le paysage, des paresseux géants ou de nombreux bisons. "Il est facile d'oublier qu'il en a été ainsi pendant des millions d'années et que, pendant tous les épisodes précédents de changement climatique, ces mammifères étaient disponibles pour déplacer les graines.

Sax relève une incertitude importante dans la prévision de l'ampleur de la migration des plantes pour survivre au réchauffement de la planète. Il est possible, dit-il, qu'elles disposent d'une plus grande flexibilité intégrée que ce que l'on suppose pour faire face à des conditions différentes de celles de leurs aires de répartition historiques. Néanmoins, de nombreux éléments indiquent que les aires de répartition des plantes et des animaux sont réellement en train de se déplacer. Certaines parties de la limite des arbres de l'Arctique se déplacent vers le pôle nord de 40 mètres par an ou plus ; l'Agence américaine pour la protection de l'environnement indique que les aires de répartition des espèces nord-américaines se sont déplacées vers le nord de 16,9 kilomètres en moyenne par décennie depuis les années 1970 ; et dans le monde entier, les plantes se déplacent vers des altitudes plus élevées et plus fraîches, y compris les espèces alpines qui se sont élevées de centaines de mètres dans l'Himalaya et les montagnes du Hengduan.

Ce que les écologistes des semences doivent faire maintenant, c'est montrer directement si et comment les animaux facilitent - ou empêchent par leur absence - ces mouvements. Ils doivent également apprendre comment fonctionnent les nouvelles communautés lorsque de nouvelles plantes rejoignent celles qui vivent déjà à des latitudes ou des altitudes plus élevées, créant ainsi de nouvelles combinaisons d'espèces. La modélisation de Fricke, étayée par des données réelles sur les espèces végétales introduites, suggère que lorsque les plantes à fruits se déplacent vers de nouveaux habitats, la plupart d'entre elles verront leurs besoins en matière de dispersion des graines satisfaits par les animaux frugivores locaux. Mais personne n'en est sûr.

Les réponses ont des implications importantes pour la conservation (voir encadré). Mais pour que ces questions gagnent du terrain, le rôle crucial des animaux dans la dispersion des graines doit être beaucoup mieux compris par le public et les décideurs politiques en matière de conservation, déclare M. Rogers.

Il est certain que la pollinisation par les abeilles et d'autres insectes est aujourd'hui une question phare en matière de conservation. Ce n'est peut-être pas surprenant, puisque quelque 75 % des cultures humaines dépendent de la pollinisation par les animaux, alors que la dispersion des graines est surtout un problème pour les plantes sauvages. Mais il est peut-être aussi plus facile de transformer les abeilles qui volent de fleur en fleur en icônes de l'environnementalisme que de célébrer les grives ou les ours qui mangent des baies et défèquent ensuite les graines.

Quoi qu'il en soit, la dispersion des graines est une fonction écologique essentielle, souligne Mme Rogers. Pour les plantes sauvages, ajoute-t-elle, et donc pour la santé des écosystèmes mondiaux, le message est très simple : "Vous pouvez avoir toute la pollinisation que vous voulez. Mais si elle n'est pas dispersée, elle ne réussira pas".

Traduit et publié avec l'aimable autorisation de Knowable Magazine. L'article original est à retrouver ICI.