Progrès récents de la recherche sur la biodiversité à McGill

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Une équipe internationale de chercheurs travaillant dans des laboratoires de l’Université McGill et de l’Université d’Oxford ont publié les résultats de trois expériences essentielles dans Nature, lesquels consolident plusieurs décennies de recherches écologiques sur la biodiversité. Les biologistes Graham Bell (McGill) et Paul Rainey (Oxford) ont en effet démontré comment la connaissance de l’impact de trois phénomènes fondamentaux (hétérogénéité, productivité et perturbation) était essentielle pour répondre à « l’une des questions scientifiques les plus importantes des temps modernes », selon le Dr Bell. Rees Kassen (du laboratoire de Graham Bell) et Angus Buckling (du laboratoire de Paul Rainey) font également partie de cette équipe internationale de chercheurs. Le dernier article de ce cycle devrait paraître dans le numéro du 21 décembre de Nature.

Graham Bell, qui dirige le Musée Redpath, explique que « nous comptons deux grands programmes de recherche. Le premier se déroule en laboratoire, où nous utilisons des cultures microbiennes [bactérie du nom de Pseudomonas fluroescens, remarquable pour l’éventail de types écologiques qui surgissent par mutation dans les cultures de laboratoire] dans des systèmes simples et hautement définis pour étudier les mécanismes écologiques responsables de la perte ou du gain de diversité. Le deuxième est un programme de recherche sur le terrain où nous étudions les différents aspects de la diversité dans les communautés naturelles des stations de recherche que McGill compte au Québec. De cette manière, nous espérons échafauder une théorie solide de la biodiversité qui nous permettra de la protéger avec plus d’efficacité. »

Première expérience : environnements hétérogènes
La première expérience (Nature vol. 394, pp 69-72, 1998) a confirmé le rôle essentiel de l’hétérogénéité environnementale dans le maintien de la diversité. Pour Bell, « hétérogénéité s’entend du nombre d’habitats différents existants dans un environnement donné - en conséquence, un paysage de mares, de marais, de boisés et de clairières ouvertes sera plus hétérogène qu’une forêt ou une prairie uniforme ». Les chercheurs ont pu démontrer qu’un environnement homogène où les compétiteurs sont peu nombreux se solde par une perte de diversité.

Deuxième expérience : diversité et productivité
La deuxième expérience concerne la productivité (Nature vol. 406, pp 508-512, août 2000). « Il est facile de constater que la diversité est souvent plus grande dans les environnements plus productifs. Après tout, dans un contexte de faible productivité, il y a peu d’individus et par conséquent peu d’espèces. L’exemple le plus courant est le lac vierge du nord qui devient de plus en plus pollué. Au départ, il abrite de petites communautés composées de rares espèces de poissons, de crustacés et de végétaux. À mesure que il s’enrichit de nutriments comme le phosphate ou le nitrate, sa productivité augmente et, avec elle, la diversité des communautés qui le peuplent. Si trop de nutriments sont ajoutés au lac, toutefois, le lac devient pollué et hautement productif, ce qui est propice à la domination de quelques espèces.

En variant les concentrations de nutriments dans le milieu de culture, l’équipe de Bell et de Rainey ont pu démontrer que la diversité n’atteint en effet son niveau maximal qu’à des niveaux de productivité intermédiaires, mais exclusivement dans des environnements hétérogènes. « Un type habitué à vivre dans un habitat particulier ne pourra survivre dans la communauté que si l’habitat est suffisamment grand », précise le professeur Bell.

Troisième expérience : diversité et perturbation
Une théorie comparable a été édifiée pour expliquer les effets des perturbations, qui font l’objet de la troisième expérience (Nature,? décembre 2000). Selon Bell, « Le fait de tondre une pelouse constitue un exemple courant de perturbation. Si l’on tond la pelouse à intervalles espacés, la pelouse sera dominée par quelques rares espèces d’herbes capables de croître et de dépasser les autres espèces. Inversement, bien sûr, si l’on tond très souvent la pelouse, on supprimera toutes les espèces, à l’exception de celles qui sont capables de tolérer des pertes fréquentes de tissus ou de pousser sans compétiteurs sous une luminosité élevée. La diversité maximale doit être associée à des fréquences de tonte intermédiaires - la grande diversité des plantes dans les prairies semi-naturelles où paissent les moutons en constitue un bon exemple. »

« Notre expérience a confirmé que la diversité est maximale à des taux de perturbation intermédiaires - mais une fois encore exclusivement dans des environnements hétérogènes. Ce principe est directement analogue à celui qui régit l’effet de la productivité : si un habitat est beaucoup plus productif qu’un autre, le type qui est le mieux adapté à cet habitat envahira la communauté et provoquera l’élimination du type adapté à un habitat moins productif. La seule différence dans ce cas est que les habitats sont représentés par l’état du milieu de culture à différents moments donnés.

Conclusion
Pour Graham Bell, les systèmes de laboratoire sont fort peu impressionnants : « il s’agit de petits tubes en verre remplis de liquide brouillé ». En créant des microcosmes aussi simples, en les validant en laboratoire, puis en les comparant sur le terrain, l’équipe de Bell-Rainey échafaude toutefois de solides bases pour la compréhension plus générale de la biodiversité dans les communautés naturelles.