Une avancée significative dans l’utilisation des carottes de sédiments pour comprendre les écosystèmes anciens
Des techniques innovantes développées pour analyser l’ADN végétal ancien dans des carottes de sédiments prélevées dans des lacs de la région arctique et ailleurs sur le continent européen apportent un éclairage nouveau sur la manière dont les écosystèmes évoluent au fil du temps. «Les carottes de sédiments constituent les archives des changements écosystémiques», explique Inger Greve Alsos, coordinatrice du projet IceAGenT et professeure de biologie à l’Université de Tromsø - Université arctique de Norvège(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (UiT). «Nous disposons du même type de données provenant de nombreux sites différents, ce qui nous permet de distinguer un modèle général d’un modèle spécifique à un site», explique-t-elle. «Nous avons approfondi notre compréhension du temps nécessaire à la mise en place des écosystèmes et des facteurs qui les font évoluer au fil du temps.» Il faut des millénaires plutôt que des décennies ou des siècles – bien plus longtemps qu’on ne le pensait auparavant – pour que des écosystèmes stables et résilients s’établissent, note-t-elle, même s’il est difficile de trouver des carottes qui remontent loin dans le temps. «Nous disposons de 50 à 60 carottes qui couvrent plus ou moins l’ensemble de l’Holocène. Nous en avons beaucoup d’autres qui en couvrent une partie, et quelques-unes qui remontent plus loin dans le temps.»
Comprendre l’interaction entre les plantes et les animaux
Les couches de sédiments de la carotte sont datées au carbone 14C. L’ADN est ensuite extrait en laboratoire. L’équipe a perfectionné les méthodes de métabarcodage(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) afin d’améliorer la détection des mammifères et des plantes dans un même échantillon. Les espèces sont identifiées à l’aide de bibliothèques de référence de séquençage d’ADN, telles que PhyloNorway(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à l’UiT. Auparavant, les chercheurs pouvaient suivre les changements végétaux grâce à l’analyse du pollen et les populations animales à l’aide des archives osseuses. «Aujourd’hui, nous sommes mieux à même de comprendre l’interaction entre les plantes et les animaux, et la manière dont elle a évolué en fonction du climat et de l’impact de l’être humain. Cela n’était pas possible auparavant», explique Inger Greve Alsos. L’équipe a mis au point un système innovant de blocage de l’ADN afin de réduire le «bruit» de l’ADN humain qui peut fausser l’analyse de l’ADN des mammifères. Il a permis de détecter les interactions passées entre les plantes et les animaux. «Dans le nord de la Fennoscandie, nous avons constaté que les animaux sont arrivés après le grand changement de végétation, et qu’ils n’en sont donc pas à l’origine», ajoute Inger Greve Alsos. Cela n’était pas connu auparavant. En revanche, les chercheurs ont constaté que dans les Alpes, l’introduction du bétail a eu un effet significatif sur la diversité végétale.
Modèles de migration des plantes
Le métabarcodage, technique rapide et économique, a fourni des données détaillées sur la manière dont les plantes ont réagi aux changements climatiques passés. Par exemple, des échantillons provenant de dix sites de la région nord de la Fennoscandie ont montré l’arrivée de plantes et d’animaux après la fonte de la calotte glaciaire scandinave au début de l’Holocène, il y a 8 000 à 11 000 ans. Les schémas de migration des espèces étaient plus complexes qu’un simple mouvement du sud vers le nord induit par le climat. Les arrivées d’espèces végétales ont également été affectées par la concurrence avec les plantes existantes et les obstacles à la dispersion, selon Inger Greve Alsos. Certaines plantes que l’on trouve actuellement aux altitudes les plus élevées ne sont apparues qu’au cours de l’Holocène, et non au cours de la période glaciaire tardive. Cela suggère une dispersion beaucoup plus lente que ce que l’on pensait auparavant. «J’ai été surprise de constater que certaines plantes adaptées aux conditions froides ne sont arrivées que plusieurs milliers d’années plus tard que prévu», explique Inger Greve Alsos. La méthode de multiplexage du métabarcodage a permis une analyse au-delà du niveau de l’espèce pour déterminer les voies de dispersion des plantes. «Nous avons découvert que le nord de la Fennoscandie a été colonisé à plusieurs reprises à partir de différentes populations sources, de sorte que les voies de dispersion post-glaciaires sont plus complexes que ce que nous savions», note Inger Greve Alsos.
Modèle d’écosystème sophistiqué
Un modèle sophistiqué a été développé. Il a dépassé le cadre des modèles climatiques traditionnels en intégrant des données sur les interactions entre les espèces, les herbivores et la concurrence, parallèlement aux variables climatiques, afin de prédire les réactions futures des écosystèmes au changement climatique. Des travaux similaires sont en cours dans le cadre du projet MEMELAND financé par l’UE à l’UiT, qui examine l’empreinte écologique au fil du temps. Le projet IceAGenT a reçu le soutien du Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
