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Volet 1 - Impact des changements climatiques et des espèces introduites sur les communautés et les écosystèmes terrestres

Animateurs : Jean-Louis Chapuis & Dominique Pontier

Nos recherches sur l’impact des changements climatiques actuels et des espèces introduites comportent l’étude des réponses de divers modèles biologiques avec l’objectif de relier les aspects adaptatifs de la résistance aux stress à l’échelle individuelle (au moyen d’approches biochimiques, écophysiologiques…) à des études plus larges portant sur la structure, la dynamique des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. En raison de leur isolement prononcé, de leur origine océanique (aucun lien avec les continents au cours de leur histoire géologique), de leur climat contraignant (températures basses avec une faible amplitude saisonnière), les îles subantarctiques abritent un nombre limité de taxons autochtones (une trentaine de plantes vasculaires, une trentaine de macro-invertébrés, aucun mammifère). Sous la pression des contraintes de l’environnement subantarctique, les espèces autochtones ont développé des adaptations morphologiques, physiologiques et comportementales. Les communautés sont originales (endémisme, dysharmonie des réseaux trophiques avec forte dominance des décomposeurs et faible diversité des prédateurs…) mais souvent fragiles face aux invasions biologiques ou aux modifications du climat. Ces deux facteurs agissent chacun sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes mais aussi en synergie, avec un effet amplificateur, et les îles subantarctiques sont des modèles remarquables pour l’étude des des réponses des espèces autochtones, des espèces introduites, et de leurs interactions aux modifications actuelles du climat. L’intérêt des écosystèmes subantarctiques pour le suivi de l’impact des changements globaux de l’environnement a été de plus en plus mis en exergue au niveau international depuis la fin des années 1990, avec la mise en place par le SCAR (Scientific Committee on Antarctic Research) des programmes RiSCC (Regional Sensitivity to Climate Change in Antarctic Terrestrial and Limnetic Ecosystems) puis EBA (Evolution and Biodiversity in the Antarctic). Les soutiens de l’IPEV et de la ZA nous permettent de participer à cette dynamique, qui comporte le développement de bases de métadonnées et données sur le long terme. 

Un premier point concerne l’augmentation des connaissances sur la biodiversité des écosystèmes terrestres subantarctiques, en particulier pour des groupes taxonomiques encore insuffisamment étudiés ou pour lesquels les données disponibles nécessitent une actualisation prenant en compte les revisions taxonomiques récentes et les connaissances nouvelles sur leur répartition géographique.

On peut citer l’exemple des bryophytes pour lesquelles le nombre d’espèces répertoriées a significativement augmenté (avec quelques espèces nouvelles) suite aux prospections menées au cours des dernières années (de 51 à 66 taxons pour Crozet, de 119 à 148 taxons pour Kerguelen). Des bases de données faunistiques et floristiques, mises en place dans les années 1990 et concernant aussi bien les taxons autochtones que les espèces introduites, sont régulièrement actualisées au sein de la ZA. 

 

Nous menons une étude comparative de la diversification des traits des espèces végétales en réponse aux variations de l’environnement, aux niveaux micro- et macroévolutif. A l’échelle des populations, la variabilité de traits physiologiques, métabolomiques, morphologiques et phénologiques d’espèces de plantes est mesurée sur des gradients de conditions abiotiques. L’influence de trois facteurs est étudiée sur cette variation : le niveau d’endémisme des espèces, depuis les endémiques de la province de Kerguelen jusqu’aux espèces introduites et cosmopolites ; l’histoire de vie des espèces ; enfin, la phylogénie (F. Hennion, thèse M. Hermant).

Au niveau macroévolutif, la date de divergence évolutive entre des taxa des îles subantarctiques Crozet et/ou Kerguelen et leurs taxa-frères dans l’hémisphère austral est recherchée à partir de données phylogéniques. Parallèlement, les traits biologiques majeurs des espèces (tolérance au froid, forme de croissance…) sont réunis. La projection de ces traits avec les dates de divergence phylogénétique, effectuée sur un nombre important de taxa, permet d’établir des scenarios d’évolution de la végétation de la région antarctique en réponse aux changements climatiques majeurs du passé (F. Hennion, collaboration avec les néozélandais S. Wagstaff, R. Winkworth et al.).
 
 
 
A une autre échelle de temps, des observations régulières sur les plantes et invertébrés (piégeages, suivis de phénologie et de répartition...) nous permettent de détecter l’arrivée de nouvelles espèces introduites, leur insertion (naturalisation) et leur impact dans les communautés autochtones des îles subantarctiques. Ces séries de données sur le long terme dans des écosystèmes relativement simples sont des outils précieux pour l’étude des relations espèces autochtones-espèces introduites dans le contexte actuel de changements climatiques et pour appréhender, grâce à des modèles végétaux et animaux variés, les mécanismes des invasions biologiques. Ces observations réalisées depuis plus de 20 ans ont permis de mettre en place le programme ANR EVINCE (appel à projets 2007 Vulnérabilité : Milieux et Climat ; coordinateur : D. Renault) intitulé « Vulnerability of native communities to invasive insects and climate change in subantarctic islands ». Dans ce projet multidisciplinaire, nous avons centré nos études dans les Iles Kerguelen sur des insectes introduits correspondant à trois niveaux fonctionnels: un coléoptère prédateur, un diptère saprophage et des aphidiens phytophages potentiels vecteurs de virus pour leurs plantes hôtes. Trois principaux thèmes sont abordés :
 
i) les processus de dispersion des espèces invasives, avec l’étude de la distribution et de l’abondance de ces espèces, une approche de leur variabilité génétique et l’élaboration de modèles de dispersion ;


ii) le rôle des changements climatiques sur la dynamique des populations des espèces invasives et les conséquences sur la faune et la flore autochtones ;


iii) la vulnérabilité des communautés autochtones, qui inclut l’étude des conséquences écologiques et évolutives des invasions biologiques, ainsi que le rôle des pucerons en tant qu’hôte (et vecteur) de virus végétaux.

 A titre d’exemple, nous avons pu montrer que l’explosion de la répartition du carabe introduit dans les Iles Kerguelen, Merizodus soledadinus, pouvait être reliée à la contingence entre ‘changements climatiques’ et ‘déplacements anthropiques’ au sein de cet archipel. La confrontation expérimentale de ce carabe et de ses proies a révélé l’influence négative de cet insecte sur les populations de diptères natifs, mais également sur d’autres espèces d’arthropodes. Certaines espèces ont ainsi disparu localement dans les habitats où M. soledadinus est fortement implanté. L’apparente raréfaction des proies ne freine cependant pas l’expansion géographique de M. soledadinus ni la dynamique de ses populations. Cette espèce présente une forte capacité de réajustement de certains traits face aux fluctuations du milieu (ajustement de la taille des individus en fonction de la disponibilité des ressources trophiques par exemple) qui peut être considérée comme un phénomène compensatoire au regard de leur potentiel adaptatif réduit (diversité génétique faible liée à l’effet fondation induit par l’introduction de peu d’individus).

 

 Un autre volet de notre étude sur l’impact des changements climatiques concerne la dynamique de la végétation et les phénomènes d’érosion en liaison avec les déficits de précipitations enregistrées dans le secteur est des Iles Kerguelen depuis deux décennies. L’objectif initial de cette recherche menée depuis 1991 dans le cadre d’un suivi après éradication de lapins sur trois petites îles à Kerguelen (programme IPEV 276 Mammintro, J.-L. Chapuis) concernait l’évaluation de la résilience des écosystèmes après élimination expérimentale d’un facteur majeur de perturbation de l’environnement (herbivore introduit dans un écosystème qui en était dépourvu à l’origine). Il est apparu rapidement que le dispositif d’observation mis en place, au-delà de ses objectifs initiaux, permet d’analyser l’impact des changements récents du climat de façon précise grâce à plus de 15 ans de données.

 En collaboration avec M. Robin (UMR 6554 LETG CNRS-Université de Nantes) nous poursuivons l’étude de la dynamique de la végétation grâce à des relevés annuels sur 150 transects de référence avec, en parallèle, une caractérisation à plus large échelle de l’évolution du couvert végétal et des phénomènes d’érosion grâce à l’analyse d’images satellites (1988, 1995, 1998, 2002, 2009, 2010). Un point central concerne la part respective des plantes autochtones et des plantes introduites dans ces communautés en évolution rapide.
 
Les déficits de précipitations enregistrés depuis le début des années 1970 dans l

Le changement d’échelle (relevés terrain sur 150 transects confrontés à des images satellites sur l’ensemble du secteur Est de Kerguelen) opéré dans nos études sur la dynamique de la végétation va nous permettre de mettre en place un observatoire à long terme sur l’impact des sécheresses sur le couvert végétal et l’érosion des sols à Kerguelen. Cette approche apportera une base précieuse pour compléter l’étude des mécanismes de synchronisation des populations de chats et l’analyse de la dynamique saisonnière, annuelle et pluriannuelle des interactions proies-prédateurs en mettant en relation les données démographiques du chat et celles du lapin (sa principale proie) avec la dynamique de la végétation et les conditions météorologiques (voir ci-dessous).

 

Le chat domestique, introduit au début des années 50 sur la Grande Terre est le seul vertébré prédateur terrestre de Kerguelen avec une population actuelle de plusieurs milliers d'individus. Sa présence a conduit à une réduction des effectifs de nombreuses espèces d'oiseaux marins qui nichent sur la Grande Terre et à une modification de leurs aires de répartition le long des côtes de l'archipel. Actuellement, le chat doit sa survie à la présence du lapin, espèce herbivore introduite, qui constitue sa ressource principale durant l'hiver. Dans quatre sites de la Grande Terre, contrastés du point de vue de la richesse en proies (disponibilité temporelle des oiseaux marins et du lapin), nous suivons chaque année la densité des populations de chats, un ensemble de paramètres individuels (fécondité, survie, morphométrie, génotype), et la condition physique des lapins. Les populations de chats dans les différents sites de l'île fluctuent dans le temps de manière synchrone.
Nous suspectons que le climat est le facteur synchronisant par une action directe sur les chats ou indirecte via la ressource. Les lapins dépendent en effet étroitement de la dynamique de la végétation, elle-même sous l'influence des conditions climatiques. L’objectif est de déterminer les variables importantes à prendre en compte pour tenter de prédire, à partir de modèles mathématiques, les conséquences des variations climatiques sur la disponibilité de la végétation et donc sur l'abondance de lapins et, in fine, de chats (thèse H. Santin-Janin). Nous cherchons à identifier les conditions climatiques favorables à une augmentation ou à une diminution des effectifs de chats dont nous suivons l’impact dans des colonies de deux espèces d’oiseaux marins, le prion de la Désolation et le pétrel à tête blanche. Cette étude devrait permettre de définir des mesures de gestion des populations de chats afin de limiter leur impact sur les populations d'oiseaux marins.