L’héritage des périodes glaciaires anciennes façonne la façon dont les herbiers marins réagissent aux menaces environnementales aujourd’hui

L’évolution profonde jette une ombre plus longue qu’on ne le pensait auparavant, rapportent les scientifiques dans un nouvel article publié la semaine du 1er août dans le Actes de l’Académie nationale des sciences. Les scientifiques et collègues du Smithsonian ont examiné les communautés de zostères marines – le fondement de nombreux réseaux trophiques marins côtiers le long des côtes nord de l’Atlantique et du Pacifique – et ont découvert que leur histoire génétique ancienne peut jouer un rôle plus important que l’environnement actuel pour déterminer leur taille, leur structure et qui vit en eux. Et cela pourrait avoir des implications sur la façon dont les zostères s’adaptent aux menaces comme le changement climatique.

Il y a environ un demi-million d’années, lorsque le monde était plus chaud, certaines plantes de zostère ont fait le difficile voyage de leurs maisons dans le Pacifique à l’Atlantique. Toutes les plantes n’étaient pas assez robustes pour traverser l’Arctique. Pour ceux qui ont réussi, une série de périodes glaciaires au cours de l’époque du Pléistocène a encore affecté leur étendue. Ces luttes millénaires ont laissé des signatures durables dans leur ADN : Aujourd’hui encore, les populations de zostère marine de l’Atlantique sont beaucoup moins diversifiées génétiquement que celles du Pacifique.

Pourtant, dans le débat classique « nature contre culture », les scientifiques ont été stupéfaits de découvrir que l’héritage génétique fait parfois plus pour façonner les communautés de zostères modernes que l’environnement actuel.

« Nous savions déjà qu’il y avait une grande séparation génétique entre les océans, mais je ne pense pas qu’aucun d’entre nous ait jamais rêvé que cela serait plus important que les conditions environnementales », a déclaré Emmett Duffy, biologiste marin au Smithsonian Environmental Research Center et responsable auteur du rapport. « C’était une grande surprise pour tout le monde. »

Les zostères en eau chaude

La zostère est l’une des plantes d’eau peu profonde les plus répandues au monde. Son aire de répartition s’étend des régions semi-tropicales comme la Basse-Californie jusqu’à l’Alaska et l’Arctique. En plus de fournir de la nourriture et un habitat à de nombreux animaux sous-marins, la zostère offre une pléthore de services aux humains. Il protège les côtes des tempêtes, absorbe le carbone et peut même réduire les bactéries nocives dans l’eau.

Mais dans la plupart des endroits où elle pousse, la zostère est l’espèce d’herbier dominante – ou la seule – présente. Cela rend sa survie essentielle pour les personnes et les animaux qui y vivent. Et la plus faible diversité génétique dans l’Atlantique pourrait rendre difficile l’adaptation de certaines populations à des changements soudains.

« La diversité, c’est comme avoir différents outils dans votre ceinture à outils », a déclaré Jay Stachowicz, co-auteur et écologiste de l’Université de Californie à Davis. « Et si tout ce que vous avez est un marteau, vous pouvez mettre des clous, mais c’est à peu près tout. Mais si vous disposez d’un ensemble complet d’outils, chaque outil peut être utilisé pour effectuer différents travaux plus efficacement. »

Les écologistes ont déjà vu la zostère disparaître de certaines régions à mesure que les eaux se réchauffent. Au Portugal, son point le plus méridional en Europe, la zostère marine a commencé à reculer et à se déplacer plus au nord, dans des eaux plus froides.

« Je ne pense pas que nous allons perdre [eelgrass] dans le sens d’une extinction », a déclaré la co-auteur Jeanine Olsen, professeur émérite à l’Université de Groningue aux Pays-Bas. « Ce ne sera pas comme ça. Il a beaucoup d’astuces dans son sac. » Mais des extinctions locales, a-t-elle souligné, vont se produire à certains endroits. Cela pourrait laisser des régions qui dépendent de leur zostère locale en difficulté.

Atteindre une vision du monde plus ZEN

Réalisant le besoin urgent de comprendre et de conserver les zostères dans le monde entier, Duffy et ses collègues se sont regroupés pour former un réseau mondial appelé ZEN. Le nom signifie Zostera Experimental Network, un clin d’œil au nom scientifique de la zostère marine, Zostera marina. L’idée était de réunir des scientifiques des herbiers marins du monde entier, faisant les mêmes expériences et enquêtes, pour obtenir une image globale coordonnée de la santé des herbiers marins.

Pour la nouvelle étude, l’équipe a étudié les communautés de zostères sur 50 sites dans l’Atlantique et le Pacifique. Avec 20 parcelles échantillonnées par site, l’équipe est repartie avec des données provenant de 1 000 parcelles de zostère.

Ils ont d’abord collecté des données de base sur les zostères : taille, forme, biomasse totale et les différents animaux et algues vivant sur et autour d’eux. Ensuite, ils ont collecté des données génétiques sur toutes les populations de zostères. Ils ont également mesuré plusieurs variables environnementales à chaque site : la température, la salinité de l’eau et la disponibilité des éléments nutritifs, pour n’en nommer que quelques-unes.

En fin de compte, ils espéraient découvrir ce qui façonnait le plus les communautés de zostères : l’environnement ou la génétique ?

Après avoir exécuté une série de modèles, ils ont découvert une multitude de différences entre les écosystèmes de zostères de l’Atlantique et du Pacifique, des différences étroitement alignées sur la divergence génétique entre la migration du Pléistocène et les périodes glaciaires suivantes.

Alors que les zostères du Pacifique poussaient souvent dans des « forêts » qui dépassaient régulièrement 3 pieds de haut et atteignaient parfois plus du double de cette hauteur, l’Atlantique abritait des « prés » plus petits qui s’approchaient rarement de cette hauteur. Les différences génétiques s’alignaient également sur la biomasse totale de la zostère marine. Dans l’Atlantique, la génétique évolutive et l’environnement actuel ont joué un rôle tout aussi important dans la biomasse des zostères. Dans le Pacifique, la génétique avait le dessus.

Ces impacts se sont également répercutés sur d’autres parties de l’écosystème. En ce qui concerne les petits animaux qui vivaient dans la zostère marine, comme les invertébrés, la signature génétique du Pléistocène a de nouveau joué un rôle plus important que l’environnement dans le Pacifique, tandis que les deux ont joué des rôles tout aussi importants dans l’Atlantique.

« L’ancien héritage de cette migration pléistocène et du goulot d’étranglement de la zostère dans l’Atlantique a eu des conséquences sur la structure de l’écosystème 10 000 ans plus tard », a déclaré Duffy. « Probablement plus de 10 000. »

Conserver l’avenir

Le fait que la génétique ancienne puisse jouer un rôle si important – parfois plus fort que l’environnement – inquiète certains écologistes quant à la capacité de la zostère marine à s’adapter à des changements plus rapides.

« Le réchauffement climatique – en soi – n’est probablement pas la principale menace pour la zostère marine », a déclaré Olsen. La pollution des villes et des fermes, qui peut troubler l’eau et entraîner des proliférations d’algues nuisibles, met également en danger les herbiers marins. Cela dit, la vaste gamme d’environnements dans lesquels la zostère peut survivre témoigne de sa rusticité.

« J’ai bon espoir parce que nos résultats illustrent la résilience à long terme aux changements répétés et majeurs des tolérances thermiques et au large éventail d’habitats de zostères sur environ la moitié de l’hémisphère nord », a déclaré Olsen. « Avec les ressources génomiques désormais disponibles pour la zostère marine, nous commençons à analyser les changements fonctionnels des gènes et leur régulation en temps réel. C’est très excitant. »

Pour protéger les herbiers de zostères existants, le maintien de la diversité actuelle est une bonne première étape. Dans les endroits qui ont déjà perdu des herbiers de zostères, la restauration est prometteuse. Certaines réussites existent déjà, comme sur la côte est de la Virginie. Mais de nombreux efforts de restauration n’obtiennent qu’un succès limité. Comme l’a souligné Stachowicz, cela soulève des questions supplémentaires.

« Devez-vous restaurer les herbiers marins en utilisant des plantes provenant d’environnements locaux, ou devriez-vous penser à l’avenir et essayer des plantes avec une génétique mieux adaptée aux conditions environnementales futures ? » Il a demandé. « Ou devriez-vous couvrir vos paris? » Le maintien ou l’amélioration de la diversité génétique pourrait être le meilleur moyen de fournir aux populations d’herbiers marins la boîte à outils diversifiée nécessaire pour survivre dans un avenir incertain.