De nouveaux outils de modélisation pour mieux appréhender l’évolution des écosystèmes
Qu’est-ce qui détermine la prolifération ou le déclin d’une espèce, et en quoi les éléments mobiles d’une interaction complexe entre les facteurs environnementaux et génétiques influencent-ils la survie? La question se pose, par exemple, concernant l’impact de la législation environnementale sur certaines populations de poissons. Les raisons pour lesquelles certaines espèces de poissons se remettent d’une surpêche alors que d’autres non, malgré une réduction de la pression de pêche ou une fermeture complète, sont largement inconnues. Comprendre comment des changements, même minimes, du cycle de vie peuvent affecter la croissance de la population pourrait nous permettre de mieux appréhender notre propre impact sur le monde naturel. «Nous avons de bonnes raisons de croire que l’évolution se produit et affecte des caractéristiques qui jouent également un rôle écologique, telles que la taille du corps», explique Anna Kuparinen. «La morue de l’Atlantique en est un exemple bien connu, tout comme les saumons de l’Atlantique et du Pacifique. Cette dynamique a été démontrée en laboratoire, par exemple chez le poisson zèbre.» Anna Kuparinen a dirigé le projet COMPLEX-FISH, destiné à mieux comprendre les éléments en jeu entre la capacité de résilience et à se remettre des chocs environnementaux des espèces, et les processus évolutifs. «Je voulais fusionner les domaines de l’écologie et de l’évolution en deux interfaces de dynamiques biologiques complexes», ajoute Anna Kuparinen, qui a mené ses travaux avec le soutien du Conseil européen de la recherche. Elle s’était fixé pour objectif de comprendre les deux faces de la médaille de la dynamique biologique. «En pratique, cela implique de modéliser le cycle de vie, la population et la dynamique de l’écosystème», explique Anna Kuparinen.
Des relations allométriques comme moyen de simplifier des dynamiques complexes
COMPLEX-FISH a étudié ce que l’on appelle les «réseaux trophiques allométriques» (ATN pour allometric trophic networks). Les relations allométriques sont utilisées pour corréler la masse corporelle des espèces à plusieurs des processus biologiques qui déterminent les taux d’alimentation et la dynamique des espèces (ainsi, la vitesse d’élimination, le temps de manipulation et les taux métaboliques sont tous fonction de la masse corporelle des espèces). Le modèle peut également servir à estimer le transfert d’énergie et de nutriments entre les organismes d’une communauté, «l’interaction trophique». «J’ai développé des modèles d’ATN dans lesquels j’ai inclus la structure âge-taille des poissons, ce qui signifie que des poissons d’âges différents présentent des tailles corporelles différentes et donc des fonctions écologiques différentes», explique Anna Kuparinen. Le projet a étudié les impacts de la pêche et des invasions d’espèces dans les écosystèmes lacustres et marins, analysé les données sur les structures des réseaux trophiques fournies par des collaborateurs de l’équipe et effectué des simulations théoriques en utilisant des réseaux trophiques construits à l’aide des algorithmes qu’elle a développés. Il a ainsi pu constituer un modèle d’écosystème évolutif qui permet de simuler différentes pressions de pêche et la manière dont celles-ci influencent l’évolution de certaines espèces de poissons. «Nous avons également étudié la manière dont les écosystèmes filtrent le bruit environnemental et dont leur stabilité est affectée par les propriétés du réseau trophique et les pressions exercées par la pêche», précise Anna Kuparinen.
L’évolution phénotypique et sa relation avec l’écosystème
L’équipe a découvert que l’évolution phénotypique, c’est-à-dire les caractéristiques observables d’un organisme, telles que le poids corporel ou la présence ou l’absence d’une maladie, a des incidences au niveau de l’écosystème et doit être mieux prise en compte. «Nous avons également attiré l’attention sur divers facteurs qui affectent la stabilité de l’écosystème, tels que la structure même du réseau trophique, les impacts humains tels que la pêche et les altérations liées au changement climatique telles que les espèces invasives et la charge parasitaire.» Selon Anna Kuparinen, le principal enseignement est que les espèces ne doivent pas être traitées de manière isolée, mais comme faisant partie d’un écosystème, et que les incidences peuvent être observés non seulement sur les espèces cibles, mais également sur l’ensemble de ces écosystèmes.
Mots‑clés
COMPLEX-FISH, évolution phénotypique, écosystèmes, relations allométriques, stress environnemental, changement environnemental
