L’effet abeille : une simple modification d’un réseau biologique peut avoir des conséquences catastrophiques | Science

Un équilibre instable se produit lorsqu’un léger mouvement fait perdre à un corps sa position d’origine et affecte l’ensemble du système. Ce principe, fondamental en aéronautique, se retrouve aussi dans la nature. Jusqu’à présent, la plupart des études portent sur les effets singuliers d’une perturbation sur un élément de l’écosystème. Mais celui-ci est beaucoup plus complexe et fonctionne comme un réseau, comme un tissu de laine sophistiqué où l’état d’un seul point peut affecter l’ensemble du réseau et, parfois, avec des conséquences catastrophiques, selon le fil dont il est tiré. UN étude qui publie Nature et à laquelle Jordi Bascompte, lauréat du Prix Ramón Margalef d’écologie et chercheur à l’Université de Zurich (Suisse), a participé, démontrant comment toute interaction génère des chaînes d’effets directs et indirects qui altèrent la fitness des espèces qui coévoluent dans les réseaux naturels. La simple introduction de la fameuse abeille mellifère (ou domestique) dans un milieu où elle est envahissante peut bouleverser tout le système.

La forme physique des espèces est “la capacité des organismes à survivre et à se reproduire”, selon l’étude publiée ce mercredi. Et cette qualité, considérée comme “monnaie biologique fondamentale”, dépend d’interactions écologiques qui, d’antagonistes à mutualistes, sont “l’une des principales forces qui ont généré et entretenu la biodiversité de la Terre”. « À travers les interactions, on commence à comprendre comment fonctionnent les communautés, combien de services écosystémiques s’articulent et comment se construit l’architecture de la biodiversité », explique Bascompte.

L’effet de chaîne a été largement étudié avec deux maillons, avec des interactions isolées, comme lorsque la trompe d’un papillon coïncide avec la longueur du tube floral des plantes après une interaction mutualiste d’années à la recherche d’un bénéfice mutuel. Cependant, cette loupe peut laisser de côté d’autres effets directs ou indirects sur l’ensemble du réseau naturel. “La biologie évolutive s’est focalisée sur les cas extrêmes, de spécialisation maximale, qui sont ceux qui occupent les couvertures des livres”, déplore le biologiste, écologiste et chercheur.

La nouvelle étude, réalisée avec des méthodes analytiques et des simulations numériques de 186 réseaux, élargit le champ d’application pour montrer les effets directs et indirects qui “altèrent la forme physique des espèces qui coévoluent dans ces réseaux”. Certaines peuvent passer inaperçues, d’autres peuvent être bien intentionnées mais catastrophiques, et d’autres encore peuvent masquer les conséquences pendant des années jusqu’à ce qu’elles soient irréversibles. En tout cas, ni l’un ni l’autre n’est complètement anodin. L’équilibre de la nature est instable et le comprendre est essentiel pour prévenir ou agir.

Une abeille domestique devenue envahissante

“Les espèces périphériques supportent plus d’effets indirects et subissent des réductions de fitness plus importantes que les espèces centrales [las protagonistas de la red mutualista, aquellas especies que interaccionan de forma directa con muchas otras especies]», se défend l’étude. “Cet effet topologique”, ajoutent les chercheurs, “était également évident lorsque nous avons examiné une étude empirique d’une invasion d’abeilles domestiques. Au fur et à mesure que les abeilles se sont intégrées en tant qu’espèce centrale dans les réseaux, les effets indirects sur d’autres espèces ont augmenté, réduisant leur fitness. Notre étude montre comment et pourquoi de tels effets indirects peuvent gouverner le paysage adaptatif des assemblages mutualistes riches en espèces.”

« Cette théorie de l’aptitude biologique nous permet de cartographier les changements dans chacun des réseaux et de voir qu’il y a des espèces qui en profitent et d’autres qui sont défavorisées », explique Bascompte. Certains écosystèmes, tels que les récifs coralliens et les forêts tropicales, dépendent fortement des relations gagnant-gagnant. “Les interactions mutualistes, par définition, augmentent la forme physique des individus en interaction et se complètent par des changements évolutifs réciproques”, rappelle l’étude.

Mais ce bénéfice direct peut générer des effets indirects et affecter la même capacité de survie d’autres espèces, notamment périphériques, qui ne coévoluent pas de la même manière. “Plus la contribution des effets indirects générés par une autre espèce à l’évolution d’une autre est importante, plus son aptitude est faible”, conclut l’étude.

Il ne faut pas penser à l’homme et à la biosphère mais à l’homme dans la biosphère, faisant partie de ces réseaux

Jordi Bascompte, biologiste et chercheur à l’Université de Zurich

L’un des facteurs qui modifient les interactions écologiques avec des effets extraordinaires est l’activité humaine, “qui homogénéise les communautés écologiques et conduit à une réorganisation des relations directes et indirectes, modifiant finalement le résultat de la coévolution et altérant l’aptitude des espèces”, selon les travaux publiés dans Nature. “Il ne faut pas penser à l’homme et à la biosphère mais à l’homme dans la biosphère, faisant partie de ces réseaux”, prévient l’écologiste.

La recherche a simulé les effets de l’introduction de l’abeille européenne (Apis mellifera) dans un environnement où elle n’est pas l’espèce centrale dans les réseaux de pollinisation et démontre que “la rendre envahissante peut affecter considérablement l’aptitude des espèces indigènes et remodeler leurs paysages adaptatifs”.

La même expérience admet que les espèces affectées peuvent recourir à de nouvelles relations mutualistes. “Mais les preuves expérimentales indiquent que c’est rarement le cas, en particulier à des densités élevées d’espèces envahissantes”, avertissent les chercheurs.

Et ils concluent : “Dans l’ensemble, nos résultats mettent en évidence comment et pourquoi la structure des réseaux écologiques peut régir la forme physique, le paysage adaptatif et, par conséquent, la persistance des espèces dans les écosystèmes de la Terre.”

Applications

Le scientifique espagnol estime que ces conclusions sont d’une pertinence extraordinaire lorsqu’il s’agit, par exemple, de la restauration des écosystèmes : “Cela n’a aucun sens, par exemple, de réintroduire des espèces qui dépendent d’autres généralistes qui ne sont plus dans la communauté”.

Et aussi dans la récupération d’espèces déjà éteintes. « Nous avons tendance à penser de manière très linéaire, très simpliste. Bien qu’il y a quelques centaines d’années, une espèce était présente, les communautés d’aujourd’hui se sont organisées dans un état différent, et il y a parfois des conséquences bien intentionnées qui finissent par avoir des effets désastreux. Il est très difficile d’en comprendre les conséquences car les communautés fonctionnent en réseau et il y a un réseau d’interactions et d’autres incidents qui rendent toute prédiction très difficile ».

Une autre des applications des modèles théoriques du réseau d’interactions est de prédire le comportement d’un système écologique et d’identifier les points de non-retour. “C’est comme une moviola dans l’histoire de voir les extinctions progressives, leurs conséquences et le point d’effondrement de tout le réseau en huis clos”, explique le biologiste.

« Les systèmes écologiques, précise le chercheur, « ne fonctionnent pas forcément de manière linéaire. Si 20% de l’habitat est détruit et que cinq espèces sont perdues, on pourrait penser à tort que la destruction de 40% signifierait l’extinction de 10 espèces. Ce n’est pas comme cela. Parfois, apparemment rien ne se passe, parce que les systèmes ont la capacité d’absorber la perturbation, mais si les conditions s’aggravent, les systèmes écologiques perdent cette résilience. Un seuil est atteint dans lequel la destruction de 3% d’habitat en plus générera une conséquence catastrophique, le système s’effondrera brusquement. Notre travail théorique nous permet de prédire la proximité de ces points de non-retour ».

En ce sens, une étude sans rapport avec les travaux de Bascompte et publiée dans Plos One, convient que les dommages qui entraînent la perte de biodiversité ne sont pas immédiatement évidents et génèrent ce que l’on appelle une « dette d’extinction ». Selon l’article, la plupart des recherches se concentrent sur les pertes relativement rapides d’habitats et d’espèces. Cependant, la perte rapide initiale est suivie d’une extinction lente qui augmente ensuite de façon exponentielle.

« Par contre, ajoute le biologiste espagnol, il y a des formes de vie qui ne peuvent apparaître dans un écosystème que lorsqu’il y a une taille critique du réseau et, à partir de ce moment-là, elles fonctionnent automatiquement. Comprendre les propriétés des réseaux permettrait de dire quelle est l’intervention minimale nécessaire à leur fonctionnement ».

Bascompte croit qu’une compréhension générale du concept d’effets directs et indirects dans un réseau est essentielle dans d’autres aspects de la vie où l’interaction est une monnaie. En ce sens, il souligne comment “la sociologie a quantifié dans quelle mesure l’intention de vote d’une personne peut être affectée par l’influence de personnes avec lesquelles elle n’a jamais interagi directement, mais par l’intermédiaire d’un ami commun”. Et de la même manière, les enseignements peuvent s’appliquer à l’économie, aux relations de travail ou internationales, à la communication sociale, aux différentes communautés d’un environnement… Nous vivons tous dans un réseau complexe dont nous faisons partie.

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