La richesse spécifique locale, le nombre d’espèces qui coexistent dans une communauté locale, est une mesure clé de la biodiversité. Les scientifiques savent depuis plus de 200 ans qu’un grand nombre d’espèces locales vivent près de l’équateur, puis déclinent vers les latitudes moyennes et supérieures. Cependant, la raison pour laquelle la richesse des espèces locales diffère d’un endroit à l’autre reste largement inconnue.
L’Université Purdue a maintenant mené une étude impliquant 249 co-auteurs de plus de 50 pays qui ont analysé une base de données d’une taille et d’un détail inégalés pour comprendre la variation géographique de la richesse en espèces d’arbres locales dans les régions forestières du monde et les causes sous-jacentes de ce modèle mondial. Ils ont découvert que de multiples facteurs, tels que les reliefs, le sol et l’impact humain, contrôlent la richesse en espèces locales, en particulier sous les tropiques.
« Conventionnellement, les gens se seraient attendus à ce que la température et les précipitations soient les principaux moteurs de la richesse en espèces locales et des modèles de biodiversité », a déclaré Jingjing Liang, professeur agrégé d’écologie forestière quantitative à Purdue. « Cependant, l’une des surprises que nous avons trouvées, en particulier dans la région tropicale, est qu’il s’agit en fait d’une combinaison de différents facteurs. »
L’étude, basée sur 1,3 million de parcelles échantillons et 55 millions d’arbres archivés dans le Initiative mondiale pour la biodiversité forestière base de données, apparaît dans le journal Écologie de la nature et évolution. La liste des co-auteurs comprend 11 scientifiques de Purdue affiliés au Forest Advanced Computing and Artificial Intelligence Laboratory, aux départements de foresterie et de ressources naturelles et de botanique et de phytopathologie et au Rosen Center for Advanced Computing.
« Il est passionnant de voir les compétences en leadership et les connaissances techniques que Jingjing apporte pour permettre une évaluation globale des modèles de biodiversité. Il a réuni un groupe impressionnant d’experts et de nombreuses données pour accomplir cette tâche importante », a déclaré Karen Plaut, Glenn W de Purdue. Exemple de Doyen de l’Agriculture.
Les chercheurs ont combiné les résultats, couvrant 97% des forêts du monde avec des tendances précédemment établies de la richesse en espèces d’autres organismes par latitude. La tendance commence à une moyenne de 98 espèces par hectare (une zone couvrant près de 2,5 acres) à l’équateur. Le nombre d’espèces diminue jusqu’à ce qu’il se stabilise à environ quatre espèces par hectare à la fois à 50 degrés au nord et au sud de l’équateur. L’équipe a identifié les emplacements des forêts tropicales les plus diverses sur Terre (en Amazonie avec plus de 200 espèces d’arbres par hectare), ainsi que les forêts tempérées les plus diverses (dans le centre-sud du Chili avec jusqu’à 50 espèces par hectare).
« Compte tenu des ressources très limitées disponibles pour la conservation de la biodiversité, les cartes à haute résolution de la richesse en espèces et de la co-limitation produites ici sont fondamentales pour optimiser les efforts de conservation à l’échelle mondiale et locale », a déclaré le co-auteur de l’étude Mo Zhou, professeur agrégé d’économie forestière. et la gestion chez Purdue. « Ils contribueront à permettre une planification spatialement explicite et cohérente, écologiquement rationnelle et économiquement efficace. »
Un tiers des co-auteurs de l’étude sont basés dans des régions traditionnellement sous-représentées telles que l’Afrique et l’Amérique du Sud. Liang a pu exploiter les forces de son équipe très diversifiée via Sciences-iune plateforme Web qu’il a fondée.
« Chaque aspect du projet est documenté et mis à la disposition de chaque co-auteur instantanément, afin que chacun puisse discuter, contribuer et fournir des contributions de manière transparente, équitable et rationalisée », a déclaré Liang.
La recherche aidera les scientifiques à mieux comprendre les terribles statistiques de la vie sur Terre, a déclaré le co-auteur de l’étude, Bryan Pijanowski, directeur du Purdue’s Center for Global Soundscapes.
« Une espèce sur sept est dans la catégorie menacée-en voie de disparition », a-t-il déclaré. « Pour le moment, nous n’avons pas de bonnes évaluations de ce qui crée les modèles naturels de diversité que nous avons vus sur Terre et comment les perturbations humaines affectent cela. Le document se concentre sur ces deux aspects. »
Crédit : Université Purdue
Les ressources du Rosen Center for Advanced Computing de Purdue, y compris les clusters de supercalcul Brown et Bell, étaient nécessaires pour traiter les gigaoctets de données fournies par les co-auteurs. Mais d’abord, les chercheurs ont dû organiser et formater leur énorme ensemble de données mondiales de la même manière, puis les analyser avec une approche de modélisation.
« Le cadre d’analyse et de modélisation qui a été utilisé dans cette étude est vraiment assez nouveau en soi », a déclaré le co-auteur de l’étude, Douglass Jacobs, professeur Fred M. van Eck de biologie forestière et chef de département associé de Purdue Extension. « L’un des aspects les plus excitants de ce document est la possibilité d’utiliser le même type de cadre pour aborder des questions encore plus urgentes et plus ambitieuses à l’avenir. »
Les possibilités de travaux futurs comprennent l’utilisation du réseau et de la base de données mondiaux pour examiner les modèles de changement de la biodiversité sur une période de plusieurs années.
« Les scientifiques tentent de quantifier les impacts du changement climatique à l’échelle locale, régionale et, potentiellement, mondiale », a déclaré Jacobs. De telles études pourraient aider à répondre aux questions liées à la façon dont le changement climatique affecte la croissance et la survie des arbres à différentes échelles.
Les scientifiques des pays sous-représentés du monde entier peuvent désormais tirer parti de la plateforme Science-i pour proposer de nouvelles idées que toute l’équipe peut aider à soutenir.
« Il existe de brillants jeunes scientifiques des pays en développement à travers le monde, mais ils sont limités par leurs ressources pour mener des recherches à fort impact », a déclaré Liang.
Un doctorat. étudiant travaillant dans le laboratoire Jacobs profite déjà de la plateforme Science-i. Aziz Ebrahimi avait étudié le noyer persan d’Iran plus tôt dans sa carrière. Il utilise maintenant Science-i pour étudier la diversité mondiale des espèces de noyers.
Une tâche à venir consistera à permettre aux scientifiques du monde entier d’obtenir plus facilement des ensembles de données propres, cohérents et facilement adaptables à partir de régions sous-représentées du monde.
« Cela pourrait être une initiative de recherche à part entière. Et Jingjing a la plate-forme pour atteindre cet objectif », a déclaré Jacobs.
Dans un projet distinct mais connexe financé par la NASA, Liang et Pijanowski ont combiné leurs efforts pour cartographier les modèles de biodiversité mondiale en utilisant leurs ensembles de données sur la diversité des arbres et les sons des animaux. Avec ces ensembles de données, les plus vastes du genre au monde, le duo cartographiera les modèles de diversité mondiale tout en tenant compte de leurs causes naturelles et humaines. De plus, ils continuent d’ajouter de nouvelles données collectées par des dispositifs d’enregistrement passifs, des drones et des capteurs montés sur la Station spatiale internationale.
« Nous avons été mis au défi pendant des centaines d’années de comprendre les modèles de biodiversité sur Terre », a déclaré Pijanowski. « Ce n’est que récemment que nous sommes en mesure de collecter les données, de les assembler et de les rassembler et que les ordinateurs nous aident à les analyser. J’espère que c’est la première de nombreuses études sur différents types d’organismes à l’échelle mondiale. échelle. »
Jingjing Liang et al, La co-limitation vers les latitudes inférieures façonne les gradients mondiaux de diversité forestière, Écologie de la nature et évolution (2022). DOI : 10.1038/s41559-022-01831-x