Un réseau de cours d’eau artificiels enseigne aux scientifiques comment les cours d’eau des montagnes de Californie – et les écosystèmes qui en dépendent – peuvent être affectés par un climat plus chaud et plus sec.
Au cours du prochain siècle, le changement climatique devrait entraîner moins de chutes de neige dans la Sierra Nevada. Des manteaux de neige plus petits, associés à des conditions plus chaudes, déplaceront la fonte des neiges annuelle plus tôt dans l’année, laissant moins d’eau pour alimenter les ruisseaux et les rivières pendant les mois chauds de l’été. D’ici 2100, les cours d’eau de montagne devraient atteindre leurs conditions annuelles de base, ou « étiage », en moyenne six semaines plus tôt dans la saison qu’aujourd’hui.
Dans une nouvelle étude de l’Université de Californie à Berkeley, des chercheurs ont utilisé une série de neuf canaux artificiels au large de Convict Creek à Mammoth Lakes, en Californie, pour imiter le comportement des cours d’eau d’amont dans les conditions actuelles et les futurs scénarios de changement climatique.
Au cours d’un été, les chercheurs ont surveillé les populations d’algues, d’insectes aquatiques et d’autres organismes poussant dans et autour des cours d’eau. Ils ont constaté que le changement du moment des conditions d’étiage modifiait également les cycles de vie de bon nombre de ces organismes et l’abondance relative de différentes espèces. Cela a également fait presque doubler l’ampleur des impulsions de moucherons, le groupe d’insectes dominant.
Cependant, comme les espèces se sont adaptées aux changements de diverses manières, les écosystèmes des cours d’eau étaient généralement résilients aux conditions changeantes.
« Nous avons été surpris de voir un exemple aussi clair de la façon dont la biodiversité peut stabiliser les écosystèmes », a déclaré le premier auteur de l’étude, Kyle Leathers, étudiant diplômé du Ruhi Lab de l’UC Berkeley. « C’est comme avoir un portefeuille financier équilibré : parce que différentes espèces réagissent de différentes manières au réchauffement, plus une rivière compte d’espèces, plus il est probable que le réchauffement n’aura pas d’impact radical sur un processus écosystémique qui est essentiel pour le réseau alimentaire au sens large. « .
L’étude paraît cette semaine dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.
Changer le rythme des saisons
Les processus écosystémiques suivent des rythmes saisonniers naturels, et les animaux, plantes et autres organismes s’adaptent à ces changements saisonniers. Par exemple, les insectes aquatiques se dispersent, se reproduisent et grandissent selon des délais de développement fixes – et leur succès dépend de facteurs tels que la température de l’eau et la disponibilité des nutriments. De même, leurs prédateurs s’attendent à des populations abondantes d’insectes à des périodes spécifiques de l’année.
Leathers et l’auteur principal de l’étude, Albert Ruhi, professeur agrégé de sciences, politiques et gestion de l’environnement à l’UC Berkeley, voulaient comprendre comment les conditions antérieures des cours d’eau à faible débit pourraient avoir un impact sur ces rythmes naturels.
« Lorsque vous étudiez uniquement les moyennes annuelles, vous n’obtiendrez peut-être pas toute l’histoire car des changements importants se produisent à une échelle beaucoup plus fine », a déclaré Ruhi.
Le système de canaux artificiels, entretenu par le laboratoire de recherche aquatique de l’UC Sierra Nevada, offrait un emplacement idéal pour étudier ces changements à petite échelle. Construits à l’origine par des chercheurs du US Fish and Wildlife Service, les canaux détournent l’eau douce du ruisseau Convict situé à proximité. Chacun des neuf canaux mesure 50 mètres de long et 1 mètre de large — approximativement la taille d’un petit ruisseau de montagne — et est équipé d’une porte pour contrôler la quantité d’eau qui coule à travers le canal.
Les canaux extérieurs permettent la colonisation naturelle des insectes, des algues et d’autres nutriments. Ils reflètent également les fluctuations naturelles de la température, de l’oxygène dissous et d’autres variables, qui peuvent toutes être surveillées via des capteurs modernes.
« À cette échelle, c’est le seul système qui utilise de l’eau naturelle, et non de l’eau recirculée, et l’eau provient de la fonte des neiges dans le bassin versant. » Ruhi a déclaré: « Nous pourrions potentiellement mener une étude similaire en comparant les années sèches et humides dans les cours d’eau naturels, mais il est presque impossible dans la nature d’avoir neuf cours d’eau identiques à proximité, dont certains ont un faible débit et d’autres non. »
Au cours de l’été 2019, les chercheurs ont installé trois des neuf canaux pour imiter les conditions d’étiage à partir du début août, date à laquelle les cours d’eau atteignent généralement leur faible débit dans cette région. Ils ont mis trois canaux supplémentaires en état d’étiage trois semaines plus tôt, début juillet, et ont mis trois derniers canaux en état d’étiage six semaines plus tôt, à la mi-juin.
Au fur et à mesure que l’été avançait, Leathers et d’autres membres de l’équipe de recherche ont pris des mesures périodiques de diverses conditions des cours d’eau, depuis la température de l’eau et les niveaux d’oxygène dissous jusqu’au nombre d’insectes dans les chenaux. Ils ont constaté que les canaux réagissaient presque immédiatement aux conditions de faible débit, avec une augmentation de la température de l’eau, des changements dans le métabolisme des algues et une émergence plus précoce des insectes.
Ces changements pourraient avoir des conséquences importantes non seulement pour les poissons, mais également pour les prédateurs terrestres comme les oiseaux, les chauves-souris et les lézards qui dépendent des légumineuses des insectes aquatiques pour se nourrir. L’essor des moucherons, par exemple, a attiré les merles de Brewer à proximité, qui collectaient les insectes nutritifs pour nourrir leurs petits.
« Il est remarquable que malgré la stabilité au niveau général de l’écosystème, même de légers changements puissent avoir des conséquences », a déclaré Ruhi. « Nous ne nous attendions pas à ce que la fonte précoce des neiges contrôle l’abondance des insectes qui se métamorphosent, conduisant à des impulsions plus précoces et plus abondantes d’insectes volants qui à leur tour attirent les oiseaux riverains. Ce type de lien entre les écosystèmes est quelque chose que nous n’avions tout simplement pas envisagé, et nous n’aurions jamais capturé en laboratoire. Cela souligne que le timing est primordial.
Le Ruhi Lab développe actuellement ces travaux pour comprendre comment le changement climatique peut entraîner des disparités – ou de nouvelles correspondances – dans les réseaux trophiques aquatiques.
« Les écologistes pensent souvent que le changement climatique entraîne des disparités entre prédateurs et proies, car les prédateurs et leurs proies modifient leur cycle de vie à des rythmes différents, voire dans des directions différentes, ce qui entraîne des prédateurs affamés », a déclaré Leathers. « La notion de nouveaux matchs est peut-être sous-estimée, mais elle est importante. »
Les autres co-auteurs incluent David Herbst du laboratoire de recherche aquatique de la Sierra Nevada et Guillermo de Mendoza et Gabriella Doerschlag de l’UC Berkeley. Cette recherche a été soutenue par le Sequoia Parks Conservancy, les réserves UC Valentine Eastern Sierra et le Margaret C. Walker Fund.
27/03/2024
Des cours d’eau artificiels révèlent comment la sécheresse façonne les écosystèmes alpins de Californie
Un réseau de cours d’eau artificiels enseigne aux scientifiques comment les cours d’eau des montagnes de Californie – et les écosystèmes qui en dépendent – peuvent être affectés par un climat plus chaud et plus sec.
Au cours du prochain siècle, le changement climatique devrait entraîner moins de chutes de neige dans la Sierra Nevada. Des manteaux de neige plus petits, associés à des conditions plus chaudes, déplaceront la fonte des neiges annuelle plus tôt dans l’année, laissant moins d’eau pour alimenter les ruisseaux et les rivières pendant les mois chauds de l’été. D’ici 2100, les cours d’eau de montagne devraient atteindre leurs conditions annuelles de base, ou « étiage », en moyenne six semaines plus tôt dans la saison qu’aujourd’hui.
Dans une nouvelle étude de l’Université de Californie à Berkeley, des chercheurs ont utilisé une série de neuf canaux artificiels au large de Convict Creek à Mammoth Lakes, en Californie, pour imiter le comportement des cours d’eau d’amont dans les conditions actuelles et les futurs scénarios de changement climatique.
Au cours d’un été, les chercheurs ont surveillé les populations d’algues, d’insectes aquatiques et d’autres organismes poussant dans et autour des cours d’eau. Ils ont constaté que le changement du moment des conditions d’étiage modifiait également les cycles de vie de bon nombre de ces organismes et l’abondance relative de différentes espèces. Cela a également fait presque doubler l’ampleur des impulsions de moucherons, le groupe d’insectes dominant.
Cependant, comme les espèces se sont adaptées aux changements de diverses manières, les écosystèmes des cours d’eau étaient généralement résilients aux conditions changeantes.
« Nous avons été surpris de voir un exemple aussi clair de la façon dont la biodiversité peut stabiliser les écosystèmes », a déclaré le premier auteur de l’étude, Kyle Leathers, étudiant diplômé du Ruhi Lab de l’UC Berkeley. « C’est comme avoir un portefeuille financier équilibré : parce que différentes espèces réagissent de différentes manières au réchauffement, plus une rivière compte d’espèces, plus il est probable que le réchauffement n’aura pas d’impact radical sur un processus écosystémique qui est essentiel pour le réseau alimentaire au sens large. « .
L’étude paraît cette semaine dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.
Changer le rythme des saisons
Les processus écosystémiques suivent des rythmes saisonniers naturels, et les animaux, plantes et autres organismes s’adaptent à ces changements saisonniers. Par exemple, les insectes aquatiques se dispersent, se reproduisent et grandissent selon des délais de développement fixes – et leur succès dépend de facteurs tels que la température de l’eau et la disponibilité des nutriments. De même, leurs prédateurs s’attendent à des populations abondantes d’insectes à des périodes spécifiques de l’année.
Leathers et l’auteur principal de l’étude, Albert Ruhi, professeur agrégé de sciences, politiques et gestion de l’environnement à l’UC Berkeley, voulaient comprendre comment les conditions antérieures des cours d’eau à faible débit pourraient avoir un impact sur ces rythmes naturels.
« Lorsque vous étudiez uniquement les moyennes annuelles, vous n’obtiendrez peut-être pas toute l’histoire car des changements importants se produisent à une échelle beaucoup plus fine », a déclaré Ruhi.
Le système de canaux artificiels, entretenu par le laboratoire de recherche aquatique de l’UC Sierra Nevada, offrait un emplacement idéal pour étudier ces changements à petite échelle. Construits à l’origine par des chercheurs du US Fish and Wildlife Service, les canaux détournent l’eau douce du ruisseau Convict situé à proximité. Chacun des neuf canaux mesure 50 mètres de long et 1 mètre de large — approximativement la taille d’un petit ruisseau de montagne — et est équipé d’une porte pour contrôler la quantité d’eau qui coule à travers le canal.
Les canaux extérieurs permettent la colonisation naturelle des insectes, des algues et d’autres nutriments. Ils reflètent également les fluctuations naturelles de la température, de l’oxygène dissous et d’autres variables, qui peuvent toutes être surveillées via des capteurs modernes.
« À cette échelle, c’est le seul système qui utilise de l’eau naturelle, et non de l’eau recirculée, et l’eau provient de la fonte des neiges dans le bassin versant. » Ruhi a déclaré: « Nous pourrions potentiellement mener une étude similaire en comparant les années sèches et humides dans les cours d’eau naturels, mais il est presque impossible dans la nature d’avoir neuf cours d’eau identiques à proximité, dont certains ont un faible débit et d’autres non. »
Au cours de l’été 2019, les chercheurs ont installé trois des neuf canaux pour imiter les conditions d’étiage à partir du début août, date à laquelle les cours d’eau atteignent généralement leur faible débit dans cette région. Ils ont mis trois canaux supplémentaires en état d’étiage trois semaines plus tôt, début juillet, et ont mis trois derniers canaux en état d’étiage six semaines plus tôt, à la mi-juin.
Au fur et à mesure que l’été avançait, Leathers et d’autres membres de l’équipe de recherche ont pris des mesures périodiques de diverses conditions des cours d’eau, depuis la température de l’eau et les niveaux d’oxygène dissous jusqu’au nombre d’insectes dans les chenaux. Ils ont constaté que les canaux réagissaient presque immédiatement aux conditions de faible débit, avec une augmentation de la température de l’eau, des changements dans le métabolisme des algues et une émergence plus précoce des insectes.
Ces changements pourraient avoir des conséquences importantes non seulement pour les poissons, mais également pour les prédateurs terrestres comme les oiseaux, les chauves-souris et les lézards qui dépendent des légumineuses des insectes aquatiques pour se nourrir. L’essor des moucherons, par exemple, a attiré les merles de Brewer à proximité, qui collectaient les insectes nutritifs pour nourrir leurs petits.
« Il est remarquable que malgré la stabilité au niveau général de l’écosystème, même de légers changements puissent avoir des conséquences », a déclaré Ruhi. « Nous ne nous attendions pas à ce que la fonte précoce des neiges contrôle l’abondance des insectes qui se métamorphosent, conduisant à des impulsions plus précoces et plus abondantes d’insectes volants qui à leur tour attirent les oiseaux riverains. Ce type de lien entre les écosystèmes est quelque chose que nous n’avions tout simplement pas envisagé, et nous n’aurions jamais capturé en laboratoire. Cela souligne que le timing est primordial.
Le Ruhi Lab développe actuellement ces travaux pour comprendre comment le changement climatique peut entraîner des disparités – ou de nouvelles correspondances – dans les réseaux trophiques aquatiques.
« Les écologistes pensent souvent que le changement climatique entraîne des disparités entre prédateurs et proies, car les prédateurs et leurs proies modifient leur cycle de vie à des rythmes différents, voire dans des directions différentes, ce qui entraîne des prédateurs affamés », a déclaré Leathers. « La notion de nouveaux matchs est peut-être sous-estimée, mais elle est importante. »
Les autres co-auteurs incluent David Herbst du laboratoire de recherche aquatique de la Sierra Nevada et Guillermo de Mendoza et Gabriella Doerschlag de l’UC Berkeley. Cette recherche a été soutenue par le Sequoia Parks Conservancy, les réserves UC Valentine Eastern Sierra et le Margaret C. Walker Fund.
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