Mêler théorie et observation pour envisager un monde plus chaud

Les changements climatiques évoquent un tourbillon qui semble offrir à certaines créatures des opportunités de prospérer. Les scientifiques écrivant des scénarios suralimentés préviennent que la différence entre l’adaptation saisonnière et l’adaptation à long terme est vaste et difficile à prévoir.

Les biologistes de la Michigan State University ont étudié les demoiselles – qui ressemblent à des libellules et sont abondantes comme prédateurs et proies dans les zones humides – pour comprendre ce qui se passe tout au long de leur cycle de vie, de la nymphe à l’insecte ailé, ainsi que ce qu’elles mangent lorsque les étés se réchauffent et s’allongent.

Leur travail dans cette semaine Actes de la Royal Society B a une torsion – combinant des saisons de travail d’observation et d’expérimentation sur le terrain et en laboratoire avec la contribution d’un écologiste théorique, un mathématicien de formation avec des crédits de modélisation surdimensionnés.

Les résultats : un regard plus réaliste sur ce qu’un été chaud peut apporter à un étang voisin, et un nouveau respect pour la vitesse aveuglante que le réchauffement climatique apporte.

« Nous constatons que le rythme du changement climatique est beaucoup plus rapide que ce que les organismes ont enduré dans leur expérience évolutive », a déclaré le co-auteur Phoebe Zarnetske, professeur agrégé de biologie intégrative.

PI du Laboratoire d’Ecologie Spatiale et Communautaire (SpaCE) et directeur, IBEEM. « Ce rythme rapide va être encore plus problématique avec l’augmentation des événements extrêmes comme les vagues de chaleur. »

Les travaux sur les « réponses de l’histoire de la vie à la température et à la saisonnalité médiatisent la dynamique des consommateurs et des ressources ectothermes sous le réchauffement climatique » constatent que l’insertion du bon niveau de données tirées des expériences sur le terrain, en particulier les effets des changements saisonniers de température sur les cycles de vie des consommateurs, crée un plus modèle de simulation prédateur-proie robuste.

Le travail diffère des résultats de modèles similaires avec moins de réalisme biologique qui prédisaient que les tendances au réchauffement condamneraient les prédateurs. Ils voient des demoiselles du Michigan survivre au réchauffement climatique en passant à un cycle de vie similaire à celui de leurs parents du sud, en faisant deux cycles de vie en une saison plutôt qu’un.

Le travail s’est développé à partir du travail de la première auteure Laura Twardochleb en tant que doctorat. étudiant dans le laboratoire de Zarnetske. Elle avait passé du temps à observer le cycle de vie d’un an des demoiselles dans le Michigan. Ils émergent comme adultes des étangs au printemps. Ils s’accouplent, se reproduisent et les juvéniles grandissent pendant un an dans l’étang en se nourrissant de zooplancton. Ils font de bons sujets d’étude, dit-elle, car ils prospèrent à la fois à l’extérieur et en laboratoire.

Twardochleb, maintenant membre du California State Water Resources Control Board, faisait partie du programme d’écologie, d’évolution et de comportement de MSU et, dans le cadre de cela, a suivi un cours de Chris Klausmeier, professeur de biologie végétale et de biologie intégrative de la Fondation MSU.

Elle a vu que les premiers modèles projetant comment le réchauffement des climats affecterait les prédateurs ectothermes étaient beaucoup plus simples que la nature qu’elle observait. D’une part, les modèles ne permettaient pas le changement de saisons du nord. Les modèles ne suivaient pas non plus la taille et le taux de croissance d’un prédateur et les changements dans son cycle de vie avec le réchauffement.

Pendant ce temps, Klausmeier, un écologiste théoricien, reconnaissait la sauce spéciale qu’un expérimentateur apporte lors de la création de modèles mathématiques qui supposent que les organismes se comportent, grandissent, naissent et meurent.

« Je peux créer n’importe quel modèle que je veux sans contrainte par la réalité », a déclaré Klausmeier. « Mais c’est un peu dangereux parce que bien sûr, vous voulez quelque chose lié au monde réel. Lorsque vous vous joignez à un expérimentateur, vous pouvez non seulement apporter les résultats et les paramètres expérimentaux, mais également apporter l’histoire naturelle profonde et les connaissances au système pour connaître le variables et contraintes clés.

Le travail, prenant en compte un climat plus chaud, mais toujours saisonnier, montre comment les demoiselles peuvent grandir et se reproduire plus rapidement. En créant un modèle qui permettait uniquement aux demoiselles virtuelles de vivre un cycle de vie d’un an dans un monde plus chaud, elles s’épuisèrent et moururent. L’extinction était à l’horizon.

Mais laissez aux insectes la possibilité de faire entrer deux générations dans une saison, et prospérer était une possibilité. « Beaucoup de mannequins ont dit [predators] allaient mourir de faim », a déclaré Twardochleb. « C’est ce qui est excitant – que nous puissions rendre les modèles plus réalistes. »

Twardochleb a déclaré que le travail est une bonne base pour comprendre comment d’autres espèces réagiront à un monde plus chaud, en particulier des espèces comme les moustiques qui sont à la fois nuisibles et potentiellement porteurs de maladies.

Zarnetske a ajouté que le défi continu ira au-delà de l’idée que différentes espèces s’adapteront à un nouveau monde. Le changement climatique dépasse ce type d’évolution d’une manière sans précédent. Et les conditions météorologiques extrêmes – canicules, sécheresses, inondations – sont une variable à part entière.

« C’est notre prochaine étape », a déclaré Zarnetske. « L’imprévisibilité est difficile. »