Lorsque Charles Darwin entra pour la première fois sous les tropiques à bord du HMS Beagle en 1835, il fut abasourdi. Le naturaliste de 26 ans s’attendait à retrouver le même niveau de diversité de plantes et d’animaux qu’il l’avait laissé dans les hautes latitudes de Plymouth, en Angleterre. Au lieu de cela, dans les douces îles Galapagos, il trouva une multitude de créatures étranges et variées s'épanouissant ensemble.
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Darwin nota dans ses notes que le nombre d'habitants «végétaux et animaux» différents sur les petites îles tropicales était nettement plus élevé que sur d'autres sites au cours de son voyage. Il se demandait: comment était-il possible que les tropiques semblent avoir une diversité tellement supérieure à celle des forêts plus septentrionales de l'Europe? Ces créatures serrées ne devraient-elles pas avoir lutté jusqu'à l'extinction depuis longtemps?
Darwin n'a jamais trouvé la réponse à ce mystère particulier (après tout, il en avait beaucoup à l'esprit), et la question a donc persisté pendant un autre siècle. Enfin, au début des années 1970, deux écologistes ont indépendamment avancé la même hypothèse pour expliquer le phénomène mystérieux, du moins avec les arbres.
Daniel Janzen et Joseph Connell ont avancé une explication apparemment contre-intuitive. Peut-être, affirment-ils, l’étonnante diversité végétale que nous trouvons dans les forêts tropicales est due à deux facteurs: la présence «d’ennemis naturels» qui ciblent des espèces spécifiques et contrôlent la taille de la population, et la tendance des jeunes d’une espèce à s’installer au loin de leurs parents, hors de portée de ces prédateurs.
Jusqu'à récemment, les chercheurs ont seulement été en mesure de prouver que l'hypothèse de Janzen-Connell était vraie dans les études localisées. Le problème était qu'ils n'avaient pas accès au type d'ensembles de données globales nécessaires pour expliquer le schéma planétaire plus large de la diversité décroissante de l'équateur aux pôles. Dans une nouvelle étude publiée la semaine dernière dans la revue Science, des chercheurs ont montré que ce mécanisme hypothétique est en effet responsable des tendances mondiales en matière de biodiversité des forêts.
Myers est titulaire d'un semis d'arbres tropicaux dans la forêt amazonienne au Pérou. (Jonathan Myers) L'année dernière, les écologistes forestiers Jonathan Myers et Joe LaManna se sont rendus à Hainan, en Chine, pour un atelier axé sur l'analyse des données générées par l'observatoire forestier mondial de la forêt (ForestGEO) du Smithsonian, un réseau de 60 forêts surveillées de manière exhaustive. Myers et LaManna, tous deux de l'Université Washington à Saint-Louis dans le Missouri, savaient que ForestGEO pourrait fournir le jeu de données mondial dont ils ont besoin pour répondre à la question qui les contrarie, ainsi que d'autres écologistes, depuis le voyage de Darwin.
«L'une des différences frappantes entre les régions tempérées et tropicales est que toutes ces espèces« extra »sont très rares», explique LaManna, chercheuse postdoctorale et premier auteur de la nouvelle étude. Considérez que les forêts tempérées peuvent être entassées murales avec des séquoias, alors que les tropiques sont parsemées d’une multitude d’arbres uniques qui existent souvent de manière isolée des autres espèces de leur espèce. «Comment ces espèces rares peuvent-elles persister face à l'extinction?», Demande Myers, professeur de biologie et co-auteur de l'étude.
Répondre à cette question a nécessité une entreprise de grande envergure. L'ensemble de données a répertorié 2, 4 millions d'arbres appartenant à 3 000 espèces de manière rigoureuse pour assurer la comparabilité d'une forêt à l'autre. Plus de 50 co-auteurs de 41 institutions, dont le Smithsonian, ont ensuite analysé les données, qui couvraient 24 parcelles ForestGEO de la planète. «C'était beaucoup», dit LaManna. "Chaque tige d'un diamètre inférieur à un centimètre est cartographiée, mesurée, étiquetée et identifiée."
L'effort herculéen a porté ses fruits. Après analyse des données, ils ont trouvé une tendance surprenante: dans les zones où le nombre d'arbres adultes était plus élevé, il y avait moins de jeunes gaules de la même espèce. Ce schéma était nettement plus prononcé sous les tropiques que dans les régions tempérées échantillonnées.
Cela signifie que, contrairement aux écosystèmes de latitude supérieure, près de l'équateur, les arbres ne risquent pas de coexister avec des voisins de la même famille. C'est comme si, à un moment donné, les parents de l'arbre et leurs jeunes enfants avaient convenu à l'unanimité qu'il était temps de quitter le sous-sol. Sauf dans une forêt, vivre plus loin les uns des autres ne permet pas seulement aux arbres parents de s'épanouir dans leur nid vide. C'est une question de vie et de mort pour l'espèce.
«Avec les arbres, l’effet direct de l’arbre parent sur la progéniture est moins réel», déclare Myers. «C’est un effet indirect lorsque les ennemis naturels qui attaquent les adultes s’attaquent également à la progéniture.» Ces ennemis pourraient être des agents pathogènes, des prédateurs de semences ou des herbivores qui ciblent une espèce. De même que la densité des populations humaines dans les villes permet la propagation rapide de maladies transmissibles, ces ennemis peuvent rapidement dévaster une forêt dense de la même espèce.
Si vos gaules s'installent plus loin, cependant, il est moins probable qu'un ennemi les élimine. «Vous pensez que les ennemis ont une influence néfaste sur les arbres, en particulier ceux de faible abondance», déclare LaManna. "Mais ils peuvent être une puissante force de stabilisation - [les ennemis] peuvent réellement les amortir et les empêcher de disparaître." Vous pourriez dire: avec des ennemis comme celui-ci, qui a besoin d'amis?
«Cela a changé ma façon de penser à l'écologie», a déclaré Myers. "L'ennemi peut effectivement avoir un effet bénéfique sur le maintien des espèces rares dans ces communautés, en particulier sous les tropiques."
Des prédateurs herbivores laissent derrière eux des feuilles trouées à Madidi, en Bolivie. (Jonathan Myers) Gary Mittelbach, écologiste forestier et professeur de biologie intégrative à la Michigan State University, explique Gary Mittelbach, qui n'a pas participé à l'étude. «Le fait qu’ils aient pu le montrer au niveau mondial avec des méthodes normalisées aide à consolider l’idée», a déclaré Mittelbach.
L’une des faiblesses de l’étude réside dans le fait qu’il n’existe pas d’échantillons du nord de l’Europe centrale ou du sud de la Papouasie-Nouvelle-Guinée, bien qu’elle implique une tendance mondiale. «Je souhaite qu'ils aient plus de [forêts] en Asie et en Europe, de sorte que toutes les forêts de haute latitude ne se trouvent pas en Amérique du Nord», déclare Mittelbach. Même avec la pénurie d’échantillons provenant de hautes latitudes, cependant, «je suis toujours assez convaincu du modèle», dit-il.
Bien que les chercheurs aient prouvé avec succès que la tendance mise en avant par Janzen et Connell étaient vraies, la question de la cause exacte de la diversité des tropiques demeure toujours.
Myers suppose que la stabilité du climat tropical peut contribuer à la richesse de sa biodiversité, par rapport aux changements radicaux survenus au cours du temps géologique dans les hautes latitudes. «Il y a eu beaucoup plus de perturbations dans la zone tempérée» au cours des derniers milliers d'années, a-t-il déclaré. Par «perturbation», Myers désigne des plaques de glace qui ont été détruites au bulldozer à travers l’Amérique du Nord dans le passé.
Les tropiques n’ont pas enduré de telles perturbations. Les chercheurs attribuent le taux relativement élevé de reproduction et de faible taux d'extinction des plantes et des animaux tropicaux aux espèces tropicales. Cela leur a bien fonctionné jusqu'à présent, mais les forêts du monde entier sont en train de changer en raison de la instabilité du climat. Par exemple, à mesure que les latitudes élevées se réchauffent, les arbres tempérés migrent lentement vers le nord.
«Le climat pourrait avoir une influence directe ou indirecte sur la force des interactions biotiques entre les ennemis et les arbres», explique Myers. "Là où il fait plus chaud ou plus humide, on peut s'attendre à ce que les agents pathogènes aient une influence plus forte."
La tendance mondiale découverte par ces chercheurs illustre à quel point la diversité de la vie biologique sur Terre peut dépendre d’interactions à petite échelle. «Ce mécanisme est un processus à l'échelle mondiale et nous parlons d'interactions entre adultes, jeunes et leurs ennemis spécialisés à une échelle de 10 mètres», a déclaré LaManna. "Cette interaction à l'échelle très locale contribue à un schéma de biodiversité dans le monde entier."
