Quel avenir pour les forêts dans un monde plus chaud et plus sec ? Au cours des 25 dernières années, les arbres sont en train de mourir en raison des effets du changement climatique à travers le monde. Dans Afrique, Asie, Nord Amérique, Amérique du Sud et Europele stress dû à la sécheresse amplifié par la chaleur est tuer des arbres qui ont survécu pendant des siècles.
Les vieux arbres ont peut-être poussé pendant des millénaires entiers, plus humides que les 20 dernières années. Nous sommes des scientifiques qui étudions dynamique forestière, écologie végétale et physiologie végétale. Dans une étude récente, nous avons découvert que les arbres peuvent rappelez-vous les moments où l’eau était abondante et que cette mémoire continue de façonner leur croissance pendant de nombreuses années après la fin des phases humides.
Cette recherche nous rend optimistes quant au fait que les jeunes arbres d’aujourd’hui, qui n’ont jamais connu les précipitations du XXe siècle, n’ont pas façonné leur structure autour de l’abondance de l’eau et pourraient donc être mieux équipés pour survivre dans un monde chroniquement sec.
Et si on arrosait la forêt ?
Cette étude s’appuie sur près de 20 ans de recherche forestière en réponse aux premiers signes avant-coureurs de perte de forêt dans les années 1990 dans les régions arides. Vallée du Rhône des Alpes suisses. À cette époque, les scientifiques ont observé que des pins sylvestres qui existaient depuis environ 100 ans déclinaient et mouraient. Ils se demandaient si la sécheresse ou d’autres facteurs climatiques étaient à l’origine de cette perte.
Pour répondre à cette question, des chercheurs du Institut fédéral de recherche sur la forêt, la neige et le paysage conçu une expérience écologique. Pour comprendre les impacts de la sécheresse, ils irrigueraient une forêt mature, doublant ainsi les précipitations estivales naturelles, puis compareraient la façon dont ces arbres riches en eau se comportaient par rapport à ceux recevant uniquement des précipitations naturelles.
Le Expérience Pfynwaldlancé en 2003, a montré que les arbres survivaient à des taux plus élevés dans les parcelles irriguées. Après 17 ans d’irrigation, l’équipe a découvert que l’irrigation n’aidait pas seulement les arbres à survivre aux phases sèches, elle augmenté leurs taux de croissance.
Leonie Schönbeck, physiologiste des arbres, mène des recherches à Pfynwald, une réserve naturelle du sud de la Suisse, pour découvrir comment les arbres absorbent et stockent l’énergie et utilisent leurs réserves pour se remettre de la sécheresse.
Les effets hérités sont la mémoire des forêts
Les arbres confrontés à la sécheresse modifient leurs feuilles, leur bois et leurs racines de manière à les préparer à des conditions de sécheresse persistantes. Le bois soumis à la sécheresse peut avoir des cellules plus petites qui sont moins vulnérables aux dommages futurs, et les racines peuvent augmenter par rapport à la surface des feuilles. Ces changements structurels persistent après la sécheresse et continuent d’influencer la croissance de l’arbre et sa capacité à tolérer le stress pendant de nombreuses années.
Connu sous le nom de « effets hérités« , ces impacts persistants post-sécheresse représentent une mémoire écologique des conditions climatiques passées au niveau des arbres et des forêts. Sachant que les arbres détiennent une mémoire persistante des phases sèches passées, les chercheurs se sont demandés s’ils pourraient également montrer des changements structurels en réponse aux périodes humides passées. .
Onze ans après le début de l’irrigation estivale à Pfynwald, les scientifiques ont arrêté d’irriguer la moitié de chaque parcelle en 2013 pour répondre à cette question. Les arbres autrefois irrigués, qui avaient alors environ 120 ans, avaient connu une période d’irrigation de longue durée, mais cette période d’abondance était désormais révolue.
Les arbres s’en souviendraient-ils ? Une décennie plus tard, nous l’avons découvert.
Arbres, trains et accélérateurs de particules
Un matin de mars 2023, deux d’entre nous (Alana Chin et Marcus Schaub) se sont rencontrés à Pfynwald pour collecter des échantillons de feuilles et de brindilles très fraîches afin que nous et nos collègues puissions regarder à l’intérieur pour rechercher des signes d’effets durables de la richesse en eau passée.
Sur le site, nous avons escaladé les tours d’accès à la canopée pour collecter les feuilles et les brindilles nouvellement cultivées des arbres témoins qui n’avaient jamais été irrigués ; des arbres irrigués chaque été depuis 2003 ; et des arbres autrefois irrigués qui n’avaient pas reçu d’eau d’irrigation depuis 2013.
Nous avons apporté nos échantillons au Source de lumière suisseun intensément puissant synchrotron— un type d’accélérateur de particules qui produit les faisceaux de lumière les plus intenses au monde. Cette installation abrite le Tomcatune radiographie à très haute résolution qui nous a permis de regarder à l’intérieur de nos feuilles et de nos brindilles sans perturber leur structure.
La numérisation de nos échantillons a pris toute la nuit, mais lorsque nous sommes sortis du bâtiment, nous avons eu des images capturant chaque cellule avec des détails exquis.
La mémoire de l’eau
Nous avons constaté que les nouvelles feuilles des arbres autrefois irrigués étaient différentes de celles des arbres continuellement arrosés et des arbres témoins jamais arrosés. Les feuilles effectuent la photosynthèse qui alimente la survie et la croissance d’un arbre. À l’intérieur d’eux, nous pouvions voir l’héritage de l’abondance passée de l’eau, inscrit dans la taille, la forme et la disposition des cellules.
En lisant cette signature cellulaire, nous avons observé qu’au détriment des structures favorisant la productivité, les arbres anciennement irrigués présentaient tous les signes d’un stress hydrique chronique, plus encore que les arbres jamais irrigués. Dans leur anatomie, nous avons vu pourquoi ces arbres qui ont eu la vie facile pendant 11 années humides grandissaient maintenant lentement.
Chaque cellule d’une feuille comporte un compromis. Les arbres doivent équilibrer les investissements dans la photosynthèse rapide avec d’autres qui favorisent la survie des feuilles. Plutôt que de construire les cellules utilisées pour récolter la lumière du soleil et expédier le sucre au reste de l’arbre, les feuilles des arbres irrigués montraient toutes les indications de stress hydrique que nous pouvions penser mesurer.
Après avoir reçu plus d’eau pendant 11 ans, puis l’avoir perdue, les arbres produisaient de nouvelles et minuscules feuilles qui investissaient principalement dans leur propre survie. Les feuilles étaient structurées pour se protéger des insectes et de la sécheresse et pour stocker des réserves d’eau. Comparées aux feuilles d’arbres qui n’avaient jamais connu l’irrigation, elles semblaient être en pleine sécheresse du siècle.
Même si cette mémoire de l’eau peut sembler négative, elle a probablement autrefois aidé les arbres à « apprendre » des conditions passées pour survivre dans des environnements variables. Les arbres autrefois irrigués ne savaient pas que les humains leur avaient joué un tour. Comme les arbres confrontés au changement climatique, ils n’avaient aucun moyen de savoir que l’eau ne reviendrait pas.
Lorsque les arbres subissent une sécheresse, le rétablissement peut signifier atteindre une « nouvelle normalité » État, dans lequel ils sont prêts à survivre à la prochaine sécheresse, avec des cellules plus petites et moins vulnérables et des réserves d’énergie accrues à « économiser » pour les futures périodes de sécheresse. Ils peuvent avoir des racines plus profondes ou un plus petit réservoir de feuilles pour les soutenir, ce qui les aide préparez-vous à un environnement instable.
Nous voulions savoir s’il en était de même pour les arbres ayant connu une abondance d’eau. Attendaient-ils en détresse le retour de l’eau ?
Les temps difficiles peuvent rendre les arbres coriaces
Dans certaines forêts tempérées, comme celles que nous avons étudiées en Suisse, les vieux arbres connaissaient autrefois des niveaux d’abondance d’eau qui ont aujourd’hui disparu grâce au changement climatique. Cette abondance passée s’est peut-être verrouillée en place, structurelle et épigénétique changements dans les arbres qui ne correspondent pas au monde plus sec d’aujourd’hui. Si cela est vrai, alors certains des événements dévastateurs de mortalité des arbres à l’échelle mondiale pourraient être, en partie, dus aux effets hérités de l’abondance d’eau passée.
Cependant, dans la plupart des forêts tempérées du monde, la cohorte actuelle de jeunes arbres forestiers – ceux qui ont germé au cours des 15 à 20 dernières années – a réussi à s’établir dans des conditions qui auraient autrefois été considérées comme une sécheresse chronique. Ces jeunes arbres, qui ont survécu à une interminable période de sécheresse, formeront les forêts du futur.
Au total, nos observations à Pfynwald nous laissent espérer que les jeunes arbres qui prennent actuellement place dans de nombreuses forêts du monde entier pourraient être mieux préparés à faire face au monde tel que l’homme l’a façonné. Les changements climatiques des dernières décennies les ont préparés à affronter des temps difficiles, sans le souvenir persistant de l’eau.
Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lire le article original.