Ce sont des chasseurs, des agriculteurs, des moissonneurs, des planeurs, des éleveurs, des tisserands et des charpentiers. Ce sont des fourmis et elles constituent une grande partie de notre monde, comprenant plus de 14 000 espèces et une grande partie de la biomasse animale dans la plupart des écosystèmes terrestres. Comme les autres invertébrés, les fourmis sont importantes pour le fonctionnement des écosystèmes. Ils jouent des rôles vitaux depuis l’aération du sol et la dispersion des graines et des nutriments, jusqu’à la récupération et la proie d’autres espèces. Pourtant, une vision globale de leur diversité fait défaut. Désormais, des chercheurs de l’unité Biodiversité et biocomplexité de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST), en collaboration avec plusieurs instituts du monde entier, ont développé une carte haute résolution qui combine les connaissances existantes avec l’apprentissage automatique pour estimer et visualiser diversité des fourmis. Les cartes et l’ensemble de données ont été publiés dans un article de Avancées scientifiques.
« Cette étude aide à ajouter les fourmis, et les invertébrés terrestres en général, à la discussion sur la conservation de la biodiversité », a déclaré le professeur Evan Economo, qui dirige l’unité Biodiversité et biocomplexité. « Nous devons connaître les emplacements des centres de grande diversité d’invertébrés afin de connaître les zones qui peuvent faire l’objet de recherches futures et de protection de l’environnement. »
Le professeur Economo a ajouté que la ressource servira également à répondre à un certain nombre de questions biologiques et évolutives, telles que la façon dont la vie s’est diversifiée et comment les modèles de diversité sont apparus.
Ce projet d’une décennie a commencé lorsque le co-premier auteur de l’étude et ancien post-doctorant de l’OIST, le Dr Benoit Guénard (maintenant à l’Université de Hong Kong), a travaillé avec le professeur Economo pour créer une base de données d’enregistrements d’occurrences pour différentes espèces de fourmis à partir de référentiels en ligne, collections muséales et environ 10 000 publications scientifiques. Des chercheurs du monde entier ont contribué et aidé à identifier les erreurs. Plus de 14 000 espèces ont été examinées, qui variaient considérablement dans la quantité de données disponibles.
Cependant, la grande majorité de ces enregistrements, tout en contenant une description de l’emplacement échantillonné, n’avaient pas les coordonnées précises nécessaires à la cartographie. Pour résoudre ce problème, le co-auteur Kenneth Dudley de la section informatique environnementale de l’OIST a construit un flux de travail de calcul pour estimer les coordonnées à partir des données disponibles, qui a également vérifié toutes les données pour les erreurs.
Ensuite, le chercheur postdoctoral JSPS et co-premier auteur, le Dr Jamie Kass, avec Dudley et la technicienne de recherche Fumika Azuma, ont fait différentes estimations de l’aire de répartition pour chaque espèce de fourmi en fonction de la quantité de données disponibles. Pour les espèces avec moins de données, ils ont construit des formes entourant les points de données. Pour les espèces disposant de plus de données, les chercheurs ont prédit la distribution de chaque espèce à l’aide de modèles statistiques qu’ils ont réglés pour une complexité optimale.
Les chercheurs ont rassemblé ces estimations pour former une carte globale, divisée en une grille de 20 km par 20 km carrés, qui montrait une estimation du nombre d’espèces de fourmis par carré (appelée richesse spécifique). Ils ont également créé une carte montrant le nombre d’espèces de fourmis avec de très petites plages par carré (appelée la rareté des espèces). En général, les espèces à faible aire de répartition sont particulièrement vulnérables aux changements environnementaux.
Cependant, il y avait un autre problème à surmonter : le biais d’échantillonnage. « Certaines régions du monde que nous pensions être des centres de diversité n’apparaissaient pas sur notre carte, mais les fourmis de ces régions n’étaient pas bien étudiées », a expliqué le Dr Kass. « D’autres régions ont été extrêmement bien échantillonnées, par exemple certaines parties des États-Unis et de l’Europe, et cette différence d’échantillonnage peut avoir un impact sur nos estimations de la diversité mondiale. »
Ainsi, les chercheurs ont utilisé l’apprentissage automatique pour prédire comment leur diversité changerait s’ils échantillonnaient toutes les régions du monde de manière égale, et ce faisant, ils ont identifié des zones où ils estiment qu’il existe de nombreuses espèces inconnues et non échantillonnées. Le professeur Economo a déclaré: « Cela nous donne une sorte de » carte au trésor « , qui peut nous guider vers l’endroit où nous devrions explorer ensuite et rechercher de nouvelles espèces avec des aires de répartition restreintes. »
Okinawa, dans le sud du Japon, a été identifiée comme un centre de rareté, car de nombreuses espèces endémiques de ces îles ont de très petites aires de répartition, environ 1000 fois plus petites que les espèces réparties en Amérique du Nord et en Europe. Ainsi, des endroits comme Okinawa sont essentiels pour la protection de l’environnement afin de conserver la biodiversité.
Lorsque les chercheurs ont comparé la rareté et la richesse des distributions de fourmis aux amphibiens, oiseaux, mammifères et reptiles relativement bien étudiés, ils ont découvert que les fourmis étaient à peu près aussi différentes de ces groupes de vertébrés que les groupes de vertébrés l’étaient les uns des autres, ce qui était inattendu. étant donné que les fourmis sont évolutivement très éloignées des vertébrés. Ceci est important car cela suggère que les zones prioritaires pour la diversité des vertébrés peuvent également avoir une grande diversité d’espèces d’invertébrés. Mais, en même temps, il est nécessaire de reconnaître que les modèles de biodiversité des fourmis ont des caractéristiques uniques. Par exemple, la Méditerranée et l’Asie de l’Est apparaissent comme des centres de diversité pour les fourmis plus que pour les vertébrés.
Enfin, les chercheurs se sont penchés sur la protection de ces zones de grande diversité de fourmis. Ils ont constaté qu’il s’agissait d’un faible pourcentage : seuls 15 % des 10 % de centres de rareté les plus riches avaient une sorte de protection légale, comme un parc national ou une réserve, qui est inférieure à la protection existante pour les vertébrés.
« De toute évidence, nous avons beaucoup de travail à faire pour protéger ces zones critiques », a conclu le professeur Economo.
Jamie Kass et al, La distribution mondiale de la biodiversité des fourmis connues et non découvertes, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abp9908. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp9908