« Ici, la surveillance est totale », affirme Nicolas Eisenhauer et met sa tête dans un Chambre climatique. Un paysage de prairie s’étend sur deux mètres carrés et demi sous des lumières LED et des pommes de douche contrôlées par ordinateur. Dans la verdure dense, les pucerons se gavent de sève végétale, tandis que les coccinelles à deux et sept points mangent silencieusement leurs congénères. « On les récoltera demain et on les comptera », précise l’écologiste. La prairie est composée de cinq espèces de plantes : des haricots, des marguerites, de l’herbe à miel, de la fétuque des prés et de la centaurée des prés, 19 de chaque, toutes joliment plantées à la même distance.
Au plafond du Chambre climatique Une caméra à 360 degrés est suspendue sous un hémisphère de verre et documente la croissance des plantes et le comportement des animaux. Quatre capteurs mesurent la température et l’humidité. Un tube en plexiglas traverse le seau métallique rempli de deux tonnes de terre, dans lequel un scanner mesure chaque semaine la croissance des racines. La température, l’humidité et la tension de l’eau sont à nouveau enregistrées à trois profondeurs du sol. Des sondes d’aspiration collectent également le lixiviat pour une analyse chimique. Pris régulièrement Eisenhauer L’équipe échantillonne le sol pour identifier les organismes qui y vivent, tels que les nématodes, les collemboles, les acariens et les champignons. Tout cela ne se produit pas seulement dans un, mais dans douze illuminés. Chambres climatiques, qui se dressent dans la pénombre morne d’une ancienne salle des machines. « Notre objectif est de comprendre comment les parties vertes et brunes écosystèmes interagir les uns avec les autres », déclare Eisenhauer: « Pour ce faire, nous devons collecter autant de données que possible. »
A terme, les chercheurs souhaitent intégrer la nature vivante dans des équations mathématiques. Peut-être que le comportement de tout ce qui rampe, court et prospère peut même être divisé en une espèce. Forme du monde robe, semblable à E=mc2 ? Mais pour l’instant, une chose est sûre : Écosystèmes sont notoirement difficiles à comprendre. Cependant, au moins depuis les années 1990 Changement climatiquel’agriculture intensive et la perte progressive des habitats naturels comme les écologistes Eisenhauer pour mieux comprendre et de manière plus globale la dynamique de la faune et de la flore. En même temps, permettez-leur Ordinateurpour traiter des ensembles de données toujours plus volumineux. Les informations proviennent de réseaux de capteurs en pleine nature, de séquences complètes du génome ou d’images satellite, et des ordinateurs puissants permettent d’intégrer tous les résultats dans des modèles. Les chercheurs souhaitent ainsi répondre à des questions urgentes telles que : que signifie le déclin ? biodiversité pour le nettoyage de l’eau? Comment change-t-on ? Écosystème par des espèces envahissantes ?
Nous sommes dans écosystèmes confronté au problème de la complexité à toutes les échelles de taille.
Les expériences en laboratoire dans des boîtes de Pétri aident à trouver des réponses, Chambres climatiques et des études de terrain ainsi que des satellites d’observation de la Terre. Mais développer une théorie de la nature qui capture toutes les dimensions, règles et forces de la vie qui opèrent depuis une flaque d’eau jusqu’à la jungle n’est pas une mince affaire. « Nous sommes dans écosystèmes sont confrontés au problème de la complexité à toutes les échelles de taille », explique l’écologiste théoricien Jonathan Chasequi aime Eisenhauer je suis dans Leipzig basé au Centre allemand pour la recherche intégrative sur la biodiversité (iDiv).
« Ecotron », c’est le nom de celui qui coûte environ 3,7 millions d’euros Eisenhauer L’équipe n’a inauguré l’installation de la station expérimentale qu’en mai Bad Lauchstädt dans Saxe-Anhalt, qui est géré par le Centre Helmholtz pour la recherche environnementale. L’avantage des mini-serres est que seules des expériences avec des ingrédients strictement contrôlés y ont lieu : il n’y a pas d’averses inattendues ici et aucune souris indésirable n’est visible. Parallèlement, des expériences peuvent être menées dans le Chambres climatiques peut être facilement varié afin que les chercheurs puissent faire des déclarations statistiquement plus fiables sur les forces qui sont à l’œuvre, où et ce qui se passe lorsque vous tournez discrètement diverses vis.
Tel Chambres climatiques est également disponible en anglais Montpellier, où ils sont exploités par le Centre National de Recherche. Dans un numéro comme dans Allemagne sont-ce des vitres Écosystèmes mais jusqu’à présent unique. « Dans notre étude pilote, nous étudions comment l’infestation des plantes par les insectes affecte la communauté microbienne du sol », explique Eisenhauer. « Par exemple, comment la plante mobilise ses défenses et utilise les communautés fongiques de ses fines racines. Quel que soit le résultat, je peux déjà le dire : le résultat ne sera qu’une pièce du puzzle d’un vaste panorama dont nous sommes encore loin. pleinement compréhensif. »
Ailleurs il existe déjà des équations qui Écosystèmes Je veux le capturer en termes de formules mondiales. L’écologiste américain John Harte a développé un modèle dont l’idée de base est que l’état le plus probable d’un… écosystème peut être calculé sur la base de moins de données clés. Comme les variables suggérées Harte la taille d’un écosystème, la richesse spécifique, le nombre d’individus par espèce et leur dépense énergétique. Il collecte désormais des données sur une superficie d’un quart d’hectare et calcule la répartition des espèces et des individus dans la région environnante, l’évolution du renouvellement énergétique ou le nombre d’espèces présentes dans une zone donnée.
Ces formules mathématiques fonctionnent plutôt bien. Mais il s’agit plutôt d’inventaires.
Son collègue Stephen Hubbell de la Université de Californie, Les anges, prône un modèle différent. Il veut prédire la taille de la population en se basant uniquement sur l’hypothèse du nombre d’animaux qui se propagent, naissent et meurent dans une population et sur la rapidité avec laquelle de nouvelles espèces se forment. biodiversité dans écosystèmes est. James Brun de la Université du Nouveau-Mexique À son tour, une « théorie métabolique de l’écologie » suit de nombreux modèles issus du taux métabolique des organismes. écosystème envie de s’ouvrir. « Ces formules mathématiques fonctionnent plutôt bien. Mais elles constituent plutôt un inventaire », explique Chasse. « Ils ne nous disent pas ce qu’il y a exactement dans un Écosystème arrivé. Cependant, ils nous donnent une bonne base pour comprendre les liens dans un Écosystème explorer. »
Voulez-vous savoir en détail ce qui se passe dans les forêts tropicales, dans une prairie ? Alpes ou dans un récif corallien, il n’y a pas d’alternative au catalogage des espèces animales et végétales – comme dans le parc national des Great Smoky Mountains, au sud-est des États-Unis. Etats-Unis. Les biologistes y travaillent depuis 1998 sur une seule tâche : identifier toutes les espèces présentes dans la réserve naturelle de 2 000 kilomètres carrés, du dindon sauvage à la fougère de Noël en passant par les minuscules algues visibles uniquement au microscope. À ce jour, plus de 19 000 espèces ont été découvertes, sur une estimation de 100 000. Mais même une telle liste ne suffit pas Écosystème Pour comprendre ce parc : Des données détaillées sur le comportement et les interactions des organismes, la topographie, les données météorologiques et les flux de matières sont nécessaires.
À quel point les processus sont complexes écosystèmes c’est possible, montre une étude de l’Université souvent citée par les écologistes Université de Yale enseignement Oswald Schmitz. L’ouvrage décrit comment les araignées chasseuses de criquets modifient le comportement de leurs victimes. Si les sauterelles remarquent les araignées qui les cachent, elles sont stressées. Ils cherchent protection dans les verges d’or qui dominent les prairies. Parce que les criquets sont stressés, ils ont des besoins énergétiques accrus. Ils le recouvrent de verge d’or car il contient beaucoup de glucides. Résultat : les verges d’or sont repoussées, d’autres plantes prospèrent et la biodiversité augmente. Dans le même temps, une prairie fixe ainsi 1,4 fois plus de carbone qu’une prairie sans araignées chasseuses : dans les plantes, dans les excrétions et les cadavres des criquets et dans le sol, dans lequel les microbes compostent la matière organique plus lentement en raison à une augmentation des apports de carbone et à une diminution des apports d’azote.
Une fois enregistrés, ces processus peuvent également être simulés. Les modèles de réseau constituent une méthode classique pour représenter de tels mécanismes d’impact. Les espèces y sont placées dans des relations complexes et réalistes les unes avec les autres : elles chassent et sont mangées, vivent en symbiose ou rivalisent avec leurs congénères. Des chercheurs autour des écologistes Ursula Gaedke et Alice Boit de la Université de Potsdam En 2012, ils ont étudié l’évolution du comportement alimentaire, de la biomasse et de la masse corporelle ainsi que l’évolution saisonnière des populations à l’aide de micro-organismes, de petits crustacés et de juvéniles de poissons. Ils ont également montré pourquoi les algues sont à la base du cycle. L’approche est élargie dans le cadre d’un projet de la Fondation allemande pour la recherche appelé « DynaTrait », en cours depuis 2014. Des chercheurs allemands tentent de cartographier plus précisément la dynamique des communautés aquatiques en tenant compte de l’évolution de leurs propriétés au fil du temps – taille, apport variable en nutriments, comestibilité pour les prédateurs ou adaptabilité à l’environnement.
Nous espérons des progrès substantiels dans les prochaines années.
Pour ce faire, les scientifiques analysent toutes sortes de créatures, petites et grandes, dans des flacons en verre ou des réservoirs d’eau, effectuent des études de terrain à différentes profondeurs d’eau et réalisent des simulations informatiques. «Nous prenons même en compte les processus évolutifs», explique Alice Boit, coordinateur du projet. « Par exemple, nous apprenons comment les espèces de plancton font face à la hausse de la température de l’eau ou à une plus grande densité de prédateurs et comment elles évoluent sous cette pression. » Les écologistes identifient ainsi les mécanismes qui aident les organismes à survivre dans un environnement changeant. « Nous ne disposons actuellement d’aucune approche uniforme intégrant globalement les informations génétiques, les caractéristiques des espèces et leurs relations mutuelles dans un modèle d’écosystème », déclare Boit. « Nous espérons toutefois des progrès substantiels dans les prochaines années. »
Au moins, les fondements sur lesquels reposera un jour une théorie globale sont incontestables : les lois de la thermodynamique, c’est-à-dire les flux d’énergie dans la nature, et les biodiversité moteur de l’évolution. Sur cette base, le bâtiment théorique est minutieusement construit pierre par pierre. Écosystèmes construire. L’une des briques est l' »Ecotron » de Bad Lauchstädt. L’expérimentation du paysage de prairie est désormais terminée. Les échantillons sont toujours en cours d’analyse, mais un écologiste Nicolas Eisenhauer suggèrent que la présence de pucerons accélérait le cycle des nutriments et modifiait réellement la communauté microbienne du sol. Mais une autre découverte était sans équivoque : les pucerons présents dans les fourrés d’herbes proches du sol avaient nettement plus de chances de ne pas être mangés par les coccinelles.
L’année prochaine, des blocs de terre de 96 tonnes provenant d’une expérience sur les prairies seront ajoutés Iéna dans le Chambres climatiques à relever pour grandir au fil des années Écosystèmes étudier. L’une des questions serait de savoir comment fonctionnent les prairies riches en espèces, qui remplissent des tâches importantes telles que la stabilisation du sol ou la fixation du carbone. Une hypothèse est que les diverses propriétés des organismes contribuent à une utilisation optimale des ressources disponibles. « Ecotron nous aidera à mieux comprendre cela », estime Eisenhauer. « En fin de compte, il n’y en a pas Forme du mondemais nous obtenons un aperçu des mécanismes centraux de la écosystèmesqui sont extrêmement importants pour la nutrition de l’humanité. »
