Ce que 35 ans d’ADN aéroporté ont révélé sur le changement climatique |
Fia Bengtsson, de l’Université de Lund et de l’Institut norvégien de recherche sur la nature, discute de son article : Changements rapides dans la phénologie des bryophytes révélés par l’ADNe aéroporté
La plupart d’entre nous passent devant des mousses et des hépatiques sans vraiment les remarquer. Mais ces petites plantes, appelées bryophytes, sont vitales pour les écosystèmes, notamment dans les régions arctiques et subarctiques. Ils retiennent l’eau, régulent les nutriments, constituent une biodiversité importante et sont les ingénieurs des écosystèmes qui ont formé d’énormes réserves de carbone dans les tourbières boréales du nord.
De par leur physiologie, les bryophytes réagissent de manière très directe à leur environnement, ce qui en fait des indicateurs potentiels du changement climatique. Par exemple, comme ils n’ont ni racines ni système vasculaire, ils absorbent de l’eau et la perdent en fonction de l’humidité environnante. Mais de nombreuses espèces sont insaisissables et difficiles à surveiller ; ils peuvent être difficiles à trouver et à identifier correctement. Et surtout, leur sporulation est difficile à suivre.
Pourquoi les spores de bryophytes sont importantes
Les bryophytes ont des spores qu’ils propagent en les libérant dans le vent (principalement) à partir de capsules qui se forment pendant une période limitée de l’année. Les changements phénologiques – changements dans le calendrier des événements biologiques, tels que la libération de spores – sont importants à surveiller car ils peuvent indiquer des changements dans la diversité ou la biomasse des espèces. La phénologie de cette sporulation est très difficile à surveiller car on ne peut pas voir beaucoup de différences entre les spores de différents taxons au microscope. Cela signifie que vous devez surveiller la maturation des sporophytes (capsules) in situ. Cela a été fait pour certaines espèces, mais les données sont limitées.
L’ADN dans l’air : une archive cachée
Une équipe de chercheurs de l’Université d’Umeå a créé une série chronologique d’ADN environnemental (ADNe) provenant de l’air au-dessus de Kiruna, dans le nord de la Suède, à partir de filtres à air en fibre de verre collectés et stockés chaque semaine depuis les années 1970.Karlsson et coll. 2020; Sullivan et coll. 2023). À l’origine, les filtres étaient collectés pour surveiller la chute radioactive, mais l’équipe d’Umeå a pu extraire et séquencer l’ADN capturé dans les filtres. En faisant correspondre les séquences d’ADN à des taxons connus, ils ont découvert qu’une grande proportion provenait de bryophytes.
Ensuite, nous, les bryologues, nous sommes impliqués. L’ensemble de données de Kiruna nous a permis de recréer le moment de la libération des spores entre 1974 et 2008, car nous pouvons supposer que la plupart des fragments d’ADN de bryophytes présents dans l’air sont d’origine sporulée. Les limites des données génomiques de référence disponibles nous ont obligés à limiter l’enquête à des genres spécifiques. Nous avons choisi 16 taxons dont nous savions qu’ils étaient présents dans la région, qu’ils n’y avaient qu’une ou quelques espèces communes et qu’ils disposaient de suffisamment de références génomiques pour permettre leur identification.
Quand le printemps arrive tôt
Nos résultats nous ont un peu choqués. En moyenne, le début de la saison de libération des spores a avancé par quatre semaines depuis les années 1970, et le la mi-saison a été décalée de six semaines. Chez certaines espèces, cela signifie que le pic de dispersion des spores se produit désormais près de deux mois plus tôt que dans les années 1970. La fin de la saison a été plus variable – certaines espèces ont retardé la libération des spores – mais dans l’ensemble, la saison de dispersion est devenue nettement plus longue pour la plupart des espèces.
Pourquoi ce changement ? Les températures mondiales ont augmenté, en particulier dans le nord. En utilisant les données de température de la région pour la période de la série chronologique, nous avons pu constater que les troisième et quatrième trimestres de l’année précédente étaient particulièrement corrélés au moment de la libération accrue de spores. Nous pensons qu’il est probable que des conditions plus chaudes en automne permettent aux bryophytes d’atteindre des stades de développement ultérieurs avant d’entrer en dormance, ce qui pourrait à son tour conduire à une maturation plus précoce des sporophytes au retour du printemps.
Ce que cela signifie pour l’avenir
Notre étude est la première à montrer des changements phénologiques dans la dispersion des spores de plusieurs taxons de bryophytes au fil du temps, cohérents avec le changement climatique. Contrairement aux données basées sur des observations sur le terrain et des spécimens d’herbier, nous avons pu quantifier les schémas annuels de dispersion des spores et détecter les changements phénologiques au fil des décennies. En comparant nos données nordiques à des études plus anciennes menées plus au sud, nous constatons que la phénologie des bryophytes de l’extrême nord se rapproche de celle du sud de l’Europe.
Dans notre étude, nous mettons en évidence un nouvel outil puissant : l’utilisation de l’ADNe aéroporté pour la surveillance de la biodiversité et de la phénologie. Avec une disponibilité accrue des ressources génomiques, l’eDNA peut offrir un moyen peu coûteux, non invasif et évolutif de surveiller les changements dans la biodiversité, en particulier pour les organismes difficiles à observer directement.
Alors que le climat continue de se réchauffer, il sera essentiel de disposer d’enregistrements détaillés de la réaction des divers organismes pour prédire les futurs changements des écosystèmes et planifier les efforts de conservation. Grâce à cette série chronologique unique de 35 ans avec laquelle nous avons travaillé, nous avons découvert comment le moment de la libération des spores dans 16 genres de bryophytes différents a radicalement changé – offrant à la fois un aperçu de la phénologie des bryophytes et un nouveau moyen puissant de suivre les changements dans les écosystèmes induits par le climat.