Le choix de l’éditeur pour notre numéro de février est « La perte de capacité de fixation de l’azote dans un lichen montagnard est liée à l’augmentation des dépôts d’azote” par Peter Crittenden et al., Qui fait partie d’un dossier spécial sur ‘Tirer parti des collections d’histoire naturelle pour comprendre les impacts du changement global‘. Ici, le rédacteur en chef adjoint Frank Gilliam discute de l’importance de cette recherche :
Éléments méconnus et sous-estimés des écosystèmes terrestres
En tant qu’habitants de certains des environnements les plus stressants de la biosphère, les lichens peuvent facilement être négligés, au sens propre comme au sens figuré, dans les paysages terrestres. Formant des liens physiquement étroits avec leurs substrats, généralement des roches nues, leur coloration et leur motif souvent marbrés peuvent les rendre presque impossibles à distinguer de ces substrats (Allen et Lendemer 2022). En revanche, ils représentent un important flux biogéochimique d’énergie et de nutriments disponibles vers des écosystèmes qui en manquent cruellement (Palmqvist 2000). Paradoxalement, ils ont donc dans ces milieux un rôle essentiel notoirement disproportionné par rapport à leur stature minimale. Bien que tous les lichens soient importants dans ce contexte, ceux dont les symbiotes sont des cyanobactéries représentent un flux important d’azote (N) via N2-fixation.
Lichens comme canaris dans la mine de charbon
En raison de leur forme de croissance en tant qu’équilibre mutualiste entre un champignon et un symbiote algal dans lequel ils sont exposés à la nature dynamique de l’atmosphère (y compris la chimie gazeuse et les dépôts humides et secs), les lichens ont été utilisés comme indicateurs biologiques de la pollution de l’air, en particulier N et le soufre (S) — les canaris proverbiaux dans la mine de charbon (Geiser et al. 2019). Des travaux expérimentaux considérables ont démontré qu’un excès de N inhibe N2-fixation dans une variété de cyanobactéries, à la fois des souches libres et lichénisées (Kytöviita & Crittenden 1994). Ce qui manquait parmi ces études, ce sont des preuves empiriques que cette réponse (1) se produit à l’échelle du paysage des gradients de dépôt de N et (2) s’est produite historiquement dans les régions touchées par l’azote.
Une excellente combinaison de techniques d’enquête
Cette lacune dans notre compréhension de l’écologie des lichens dans le contexte des effets des polluants (en particulier de l’azote) a été comblée de manière admirable par le choix de l’éditeur dans ce numéro de Journal d’écologie« La perte de capacité de fixation de l’azote dans un lichen montagnard est liée à l’augmentation des dépôts d’azote», par Peter D. Crittenden, Christopher J. Ellis, Rognvald I. Smith, Wolfgang Wanek et Barry Thornton. Dans leur étude, les auteurs ont habilement intégré plusieurs approches pour aborder ce sujet, y compris (1) l’échantillonnage direct de matériel de lichen à partir de 12 sites couvrant une grande partie de la partie orientale de la Grande-Bretagne qui représente un gradient dans pratiquement toutes les formes chimiques et physiques de N atmosphérique dépôt, (2) analyse des concentrations de N total et δ15N et activité de la nitrogénase (l’enzyme impliquée dans N2-fixation) dans la biomasse de lichens, et (3) examen direct de spécimens de lichens archivés dans cinq herbiers mondiaux pour les caractéristiques structurelles, en particulier la présence/absence de céphalodies, les nodules produits dans N2-Lichens fixateurs où la fixation a lieu. Ajoutez au mélange que deux espèces de lichens contrastées—Stereocaulon vesuvianum (N2-fixation) et Parmélia saxatilis (non-N2-fixation) – se produisent simultanément sur ces sites et ont été échantillonnés ensemble, et vous avez une conception de quasi-traitement/contrôle le long du gradient de dépôt de N.
Bref encadré—la valeur intrinsèque des herbiers
Soit dit en passant, à une époque où l’existence même des herbiers est attaquée par les administrations universitaires qui remettent mal en cause leur valeur intrinsèque, Crittenden et al. (2022) est un autre exemple de la raison pour laquelle les herbiers sont essentiels. Nous avons beaucoup appris de l’utilisation directe de spécimens archivés d’une grande variété d’espèces végétales, y compris les changements de densité stomatique à l’augmentation du CO atmosphérique2 (Woodward 1987), les altérations de la phénologie des plantes induites par le changement climatique (Miller et al. 2021) et les changements à long terme à l’échelle des paysages dans la disponibilité de N (Tang et al. 2022), pour n’en nommer que quelques-uns.
Les résultats sont là et assez clairs
Crittenden et al. (2022) fournissent des preuves claires que l’excès de N diminue N2-fixation dans S. vésuvianumbasée sur de fortes corrélations négatives des céphalodies et 15concentrations de N avec taux de dépôt de N. Ils ont en outre trouvé un seuil apparent de 8-9 kg N ha-1 an-1 (en particulier sous forme de NH déposé à secy), au-delà de laquelle les céphalodies étaient systématiquement absentes. Des corrélations négatives similaires de 15N dans P. saxatilis suggèrent également que les lichens, dans ces conditions, absorbent le N de l’atmosphère, où le polluant N est largement appauvri en 15N. Ils ont en outre démontré, via des preuves d’herbier, qu’il s’agit d’un phénomène relativement récent. C’est-à-dire que les céphalodies étaient constamment présentes dans les spécimens d’herbier de S. vésuvianum dans le 19e siècle, dont l’absence ne survint qu’entre 1900 et 1940.
Un regard vers l’avenir
De manière appropriée, Crittenden et al. (2022) se termine par un regard vers l’avenir, dans lequel le problème qu’ils étudient – les dépôts d’azote chroniquement élevés – s’atténue dans de nombreuses régions du monde, y compris l’Europe (Schmitz et al. 2019). Gilliam et al. (2019) ont suggéré que le rétablissement des écosystèmes terrestres touchés pourrait suivre un modèle hystérétique, dans lequel il pourrait y avoir des retards considérables en réponse à une diminution des dépôts d’azote. Crittenden et al. (2022) concluent que cela peut être le cas pour la récupération de N2-fixation dans les lichens.
Les références
Allen, J.L., & Lendemer, J.C. (2022). Un appel à reconceptualiser les symbioses de lichens. Tendances en écologie et évolution, 37, 582-589.
Geiser, LH, Nelson, PR, Jovan, SE, Root, HT et Clark, CM (2019). Évaluation des risques écologiques du dépôt atmosphérique d’azote et de soufre dans les forêts américaines à l’aide de macrolichens épiphytes. Diversité11, 87. https://doi.org/10.3390/d1106 0087
Gilliam, FS, Burns, DA, Driscoll, CT, Frey, SD, Lovett, GM et Watmough, SA (2019). Diminution des dépôts atmosphériques d’azote dans l’est de l’Amérique du Nord : réponses prévues des écosystèmes forestiers. Pollution environnementale244, 560–574. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.09.135
Kytöviita, M.-M., & Crittenden, PD (1994). Effets des pluies acides simulées sur l’activité de la nitrogénase (réduction de l’acétylène) dans le lichen Stéréocaulon pascal (L.) Hoffm., avec une référence particulière aux aspects nutritionnels. Nouveau Phytologue, 128263–271. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1994.tb040 10.x
Miller, TK, Gallinat, AS, Smith, LC et Primack, RB (2021). Comparaison de la phénologie de la fructification à travers deux ensembles de données historiques : les observations de Thoreau et les spécimens d’herbier. Annales de Botanique, 128, 159-170.
En lignePalmqvist, K. (2000). Économie de carbone dans les lichens. Nouveau Phytologue, 148, 11-36.
Schmitz, A., Sanders, T., Bolte, A., Bussotti, F., Dirnböck, T., Johnson, J., Peñuelas, J., Pollastrini, M., Prescher, A.-K., Sardans, J., Verstraeten, A., de Vries, W. (2019). Réponses des écosystèmes forestiers en Europe à la diminution des dépôts d’azote. Pollution environnementale244, 980–994.
Tang, S., Liu, J., Gilliam, FS, Hietz, P., Wang, Z., Lu, X., Zeng, F., Wen, D., Hou E., Lai, Y., Fang, Y., Tu, Y., Xi, D., Huang, Z., Zhang, D., Wang, R, Kuang, Y. (2022). Pilotes de foliaire 15Tendances du N dans le sud de la Chine au cours du siècle dernier. Biologie du changement global, 28, 5441-5452.
Woodward, FI (1987). Les nombres de stomates sont sensibles aux augmentations de CO2 des niveaux préindustriels. Nature, 327, 617–618.