L’évolution rapide des plantes peut rendre les régions côtières plus sensibles aux inondations et à l’élévation du niveau de la mer, selon une étude
L’évolution s’est produite plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant dans les zones humides de la baie de Chesapeake, ce qui pourrait réduire les chances que les marais côtiers puissent résister à la future élévation du niveau de la mer, ont démontré des chercheurs de l’Université de Notre Dame et des collaborateurs dans une publication récente dans Science.
Jason McLachlan, professeur agrégé au Département des sciences biologiques, a évalué le rôle que joue l’évolution dans les écosystèmes de la baie de Chesapeake en étudiant un type de plante herbacée, Schoenoplectus americanus, également appelée scirpe de chairmaker. L’équipe de recherche a utilisé une combinaison de graines historiques trouvées dans des échantillons de sédiments de base, des plantes modernes et des modèles informatiques pour démontrer que les plantes « ressuscitées » allouaient plus de ressources dans leurs racines souterraines, leur permettant de stocker le carbone plus rapidement que les plantes modernes.
« Nous pensons que cette réduction surprenante de la croissance souterraine pourrait être une réponse à l’augmentation de la pollution dans la baie de Chesapeake », a déclaré McLachlan. « Des décennies de pollution ont entraîné des niveaux plus élevés d’azote et de phosphore dans les eaux, et comme ce sont des nutriments végétaux, l’évolution pourrait désormais favoriser les plantes qui » investissent « moins dans des racines coûteuses. »
Les graines des plantes historiques étaient restées sous terre sur la propriété du Smithsonian Environmental Research Center sur la baie, en sommeil depuis le milieu des années 1900. McLachlan et d’autres chercheurs les ont recueillis et leur ont permis de germer et de grandir. Connu sous le nom d’écologie de la résurrection, ce type de recherche fournit des preuves directes qui peuvent étayer les hypothèses sur le changement évolutif.
Les modèles informatiques avaient précédemment établi la menace de l’élévation du niveau de la mer pour les zones humides côtières et ont intégré la compréhension des scientifiques de la façon dont les inondations affectent la croissance des plantes et comment la croissance des plantes affecte la stabilité. Alors que les plantes modernes et les échantillons du milieu des années 1900 poussaient de la même manière au-dessus du sol, les plantes modernes ont investi moins de ressources pour s’enraciner plus profondément sous le sol. Cela a créé moins de biomasse sous le sol et pourrait réduire la capacité des zones humides à résister aux inondations.
McLachlan et ses collaborateurs ont montré, grâce à des modèles informatiques, que les plantes modernes stockent le carbone dans les sols 15 % plus lentement que les plantes au milieu des années 1900.
McLachlan a été stupéfait par la rapidité avec laquelle le changement évolutif s’est produit chez Schoenoplectus americanus.
« La recherche montre le rôle que joue l’évolution alors que les écosystèmes sont de plus en plus stressés par les impacts de la société humaine », a-t-il déclaré.
La première auteure Megan Vahsen, doctorante à Notre-Dame, avait découvert l’importance des caractéristiques des plantes souterraines dès 2017 alors qu’elle était étudiante de première année à Notre-Dame. Bien que les chercheurs ne puissent pas dire spécifiquement que les plantes investissent relativement plus d’énergie au-dessus du sol et moins sous le sol à cause de la pollution, elle pense que la combinaison des techniques utilisées dans la recherche actuelle fournit de nouvelles prédictions sur l’impact de l’évolution sur les écosystèmes. Elle s’attend à ce que l’étude motive les chercheurs à étudier les causes du changement évolutif.
« Pour des raisons de désagrément, la science a souvent ignoré ce qui se passe sous terre », a-t-elle déclaré, notant qu’elle et les étudiants de premier cycle de Notre-Dame ont passé environ 500 heures à laver et à trier les racines des plantes. « Mais nous avons tellement appris dans cette étude ; il y a tellement de secrets qui se déroulent sous terre. »
McLachlan a déclaré que la recherche démontre en outre le rôle que joue l’évolution alors que les écosystèmes sont de plus en plus stressés par les impacts de la société humaine.
« Les changements évolutifs sur près d’un siècle ont joué un rôle déstabilisateur pour les écosystèmes côtiers. D’autres espèces d’autres écosystèmes auraient pu réagir différemment à l’impact environnemental humain, offrant peut-être plus de résilience aux écosystèmes, ou peut-être n’ayant aucun impact du tout », a-t-il déclaré. « Maintenant que nous avons montré que le changement évolutif peut être suffisamment rapide et suffisamment important pour affecter la résilience des écosystèmes, nous espérons que d’autres chercheurs prendront en compte cette composante de la réponse biologique au changement environnemental global. »
Parmi les autres collaborateurs de cette recherche figurent Michael Blum et Scott Emrich de l’Université du Tennessee, Jim Holmquist et Patrick Megonigal du Smithsonian Environmental Research Center, Brady Stiller de l’Université de Notre Dame et Kathe Todd-Brown de l’Université de Floride à Gainesville. L’étude a été financée par la National Science Foundation et le United States Coastal Research Program.