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1.4.19.10 : Biodiversité - Biologie

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Objectifs d'apprentissage

  • Décrire la biodiversité et les différentes manières de l'évaluer

Traditionnellement, les écologistes ont mesuré biodiversité, terme général désignant la variété présente dans la biosphère, en tenant compte à la fois du nombre d'espèces et de leur commune. La biodiversité peut être estimée à plusieurs niveaux d'organisation du vivant. Ces indices d'estimation, issus de la théorie de l'information, sont très utiles comme première étape pour quantifier la biodiversité entre et au sein des écosystèmes ; ils sont moins utiles lorsque la principale préoccupation des biologistes de la conservation est simplement la perte de biodiversité. Cependant, les biologistes reconnaissent que les mesures de la biodiversité, en termes de diversité des espèces, peuvent aider à concentrer les efforts pour préserver les éléments biologiquement ou technologiquement importants de la biodiversité.

Les cichlidés du lac Victoria (Figure 1) fournissent un exemple à travers lequel nous pouvons commencer à comprendre la biodiversité. Les biologistes qui ont étudié les cichlidés dans les années 1980 ont découvert des centaines d'espèces de cichlidés représentant une variété de spécialisations dans des types d'habitats particuliers et des stratégies d'alimentation spécifiques : manger du plancton flottant dans l'eau, gratter puis manger des algues sur les rochers, manger des larves d'insectes du fond et manger les œufs d'autres espèces de cichlidés. Les cichlidés du lac Victoria sont le produit d'un radiation adaptative. Un rayonnement adaptatif est un rapide (moins de trois millions d'années dans le cas des cichlidés du lac Victoria) qui se ramifie par spéciation d'un arbre phylogénétique en de nombreuses espèces étroitement apparentées ; généralement, les espèces « rayonnent » dans différents habitats et niches. Les pinsons des Galápagos sont un exemple de rayonnement adaptatif modeste avec 15 espèces. Les cichlidés du lac Victoria sont un exemple de rayonnement adaptatif spectaculaire qui comprend environ 500 espèces.

Au moment où les biologistes faisaient cette découverte, certaines espèces ont commencé à disparaître rapidement. L'un des coupables de ces déclins était une espèce de gros poisson qui a été introduite dans le lac Victoria par les pêcheries pour nourrir les personnes vivant autour du lac. La perche du Nil a été introduite en 1963, mais est restée faible jusque dans les années 1980, lorsque ses populations ont commencé à augmenter. La population de perches du Nil a augmenté en consommant des cichlidés, entraînant espèce après espèce au point de extinction (la disparition d'une espèce). En fait, plusieurs facteurs ont joué un rôle dans l'extinction de peut-être 200 espèces de cichlidés dans le lac Victoria : la perche du Nil, la baisse de la qualité de l'eau du lac en raison de l'agriculture et du défrichement des terres sur les rives du lac Victoria et l'augmentation de la pression de pêche. Les scientifiques n'avaient même pas catalogué toutes les espèces présentes – tant d'entre elles ont été perdues et n'ont jamais été nommées. La diversité est maintenant l'ombre de ce qu'elle était autrefois.

Les cichlidés du lac Victoria sont un aperçu de la perte rapide contemporaine d'espèces qui se produit partout sur Terre et est causée par l'activité humaine. L'extinction est un processus naturel de macroévolution qui se produit au rythme de l'extinction d'environ une espèce sur 1 million par an. Les archives fossiles révèlent qu'il y a eu cinq périodes d'extinction de masse dans l'histoire avec des taux de perte d'espèces beaucoup plus élevés, et le taux de perte d'espèces aujourd'hui est comparable à ces périodes d'extinction de masse. Cependant, il existe une différence majeure entre les extinctions de masse précédentes et l'extinction actuelle que nous vivons : l'activité humaine. Plus précisément, trois activités humaines ont un impact majeur : la destruction de l'habitat, l'introduction d'espèces exotiques et la surexploitation. Les prédictions de disparition d'espèces au cours du siècle prochain, une infime quantité de temps sur des échelles de temps géologiques, vont de 10 à 50 pour cent. Des extinctions à cette échelle ne se sont produites que cinq autres fois dans l'histoire de la planète, et elles ont été causées par des événements cataclysmiques qui ont changé le cours de l'histoire de la vie à chaque fois. La Terre est maintenant dans un de ces temps.

Types de biodiversité

Les scientifiques acceptent généralement que le terme biodiversité décrit le nombre et les types d'espèces dans un endroit ou sur la planète. Les espèces peuvent être difficiles à définir, mais la plupart des biologistes se sentent toujours à l'aise avec le concept et sont capables d'identifier et de compter les espèces eucaryotes dans la plupart des contextes. Les biologistes ont également identifié des mesures alternatives de la biodiversité, dont certaines sont importantes pour planifier la manière de préserver la biodiversité.

Diversité génétique est l'un de ces concepts alternatifs. La diversité ou la variation génétique est la matière première de l'adaptation d'une espèce. Le potentiel futur d'adaptation d'une espèce dépend de la diversité génétique contenue dans les génomes des individus des populations qui composent l'espèce. Il en est de même pour les catégories taxonomiques supérieures. Un genre avec des types d'espèces très différents aura plus de diversité génétique qu'un genre avec des espèces qui se ressemblent et ont des écologies similaires. S'il y avait un choix entre l'un de ces genres d'espèces à conserver, celui qui a le plus grand potentiel d'évolution ultérieure est le plus diversifié génétiquement. Il serait idéal de ne pas avoir à faire de tels choix, mais c'est peut-être de plus en plus la norme.

De nombreux gènes codent pour des protéines, qui à leur tour exécutent les processus métaboliques qui maintiennent les organismes en vie et se reproduisent. La diversité génétique peut être mesurée comme diversité chimique en ce que différentes espèces produisent une variété de produits chimiques dans leurs cellules, à la fois les protéines ainsi que les produits et sous-produits du métabolisme. Cette diversité chimique présente des avantages potentiels pour les humains en tant que source de produits pharmaceutiques, elle fournit donc un moyen de mesurer la diversité qui est importante pour la santé et le bien-être humains.

Les humains ont généré une diversité d'animaux domestiques, de plantes et de champignons. Cette diversité subit également des pertes en raison des migrations, des forces du marché et de la mondialisation croissante de l'agriculture, en particulier dans les régions fortement peuplées comme la Chine, l'Inde et le Japon. La population humaine dépend directement de cette diversité en tant que source de nourriture stable, et son déclin inquiète les biologistes et les agronomes.

Il est également utile de définir diversité des écosystèmes, c'est-à-dire le nombre d'écosystèmes différents sur la planète ou dans une zone géographique donnée (Figure 2). Des écosystèmes entiers peuvent disparaître même si certaines espèces peuvent survivre en s'adaptant à d'autres écosystèmes. La perte d'un écosystème signifie la perte d'interactions entre les espèces, la perte de caractéristiques uniques de coadaptation et la perte de productivité biologique qu'un écosystème est capable de créer. L'écosystème des prairies est un exemple d'écosystème largement éteint en Amérique du Nord. Les Prairies s'étendaient autrefois sur le centre de l'Amérique du Nord, depuis la forêt boréale du nord du Canada jusqu'au Mexique. Ils ont maintenant pratiquement disparu, remplacés par des champs cultivés, des pâturages et l'étalement des banlieues. De nombreuses espèces survivent, mais l'écosystème extrêmement productif qui était responsable de la création des sols agricoles les plus productifs a maintenant disparu. En conséquence, les sols disparaissent ou doivent être entretenus à plus grands frais.

Modèles de biodiversité

La biodiversité n'est pas uniformément répartie sur Terre. Le lac Victoria contenait à lui seul près de 500 espèces de cichlidés, ignorant les autres familles de poissons présentes dans le lac. Toutes ces espèces n'ont été trouvées que dans le lac Victoria; par conséquent, les 500 espèces de cichlidés étaient endémiques. Espèces endémiques se trouvent à un seul endroit. Les endémiques avec des distributions très restreintes sont particulièrement vulnérables à l'extinction. Des niveaux taxonomiques plus élevés, tels que les genres et les familles, peuvent également être endémiques. Le lac Huron contient environ 79 espèces de poissons, que l'on trouve toutes dans de nombreux autres lacs d'Amérique du Nord. Qu'est-ce qui explique la différence de diversité des poissons dans ces deux lacs? Le lac Victoria est un lac tropical, tandis que le lac Huron est un lac tempéré. Le lac Huron dans sa forme actuelle n'a que 7 000 ans environ, tandis que le lac Victoria dans sa forme actuelle a environ 15 000 ans. Les biogéographes ont suggéré que ces deux facteurs, la latitude et l'âge, sont deux des nombreuses hypothèses pour expliquer les modèles de biodiversité sur la planète.

Essayez-le

La biogéographie est l'étude de la répartition des espèces dans le monde, à la fois dans le passé et dans le présent. Le travail des biogéographes est essentiel pour comprendre notre environnement physique, comment l'environnement affecte les espèces et comment les changements environnementaux affectent la distribution d'une espèce ; il a également été essentiel au développement de la théorie de l'évolution. Les biogéographes doivent comprendre à la fois la biologie et l'écologie. Ils doivent également avoir une bonne connaissance des études évolutives, des sciences du sol et de la climatologie.

La biogéographie regroupe trois domaines d'études principaux : la biogéographie écologique, la biogéographie historique (appelée paléobiogéographie) et la biogéographie de la conservation. La biogéographie écologique étudie les facteurs actuels affectant la répartition des plantes et des animaux. La biogéographie historique, comme son nom l'indique, étudie la répartition passée des espèces. La biogéographie de la conservation, quant à elle, est axée sur la protection et la restauration des espèces sur la base d'informations écologiques historiques et actuelles connues. Chacun de ces domaines considère à la fois la zoogéographie et la phytogéographie, c'est-à-dire la répartition passée et présente des animaux et des plantes.

L'un des schémas les plus anciens observés en écologie est que la biodiversité des espèces dans presque tous les groupes taxonomiques augmente à mesure que la latitude diminue. En d'autres termes, la biodiversité augmente plus près de l'équateur (Figure 3).

On ne sait pas encore pourquoi la biodiversité augmente plus près de l'équateur, mais les hypothèses incluent l'âge plus avancé des écosystèmes des tropiques par rapport aux régions tempérées qui étaient largement dépourvues de vie ou considérablement appauvries lors de la dernière glaciation. L'idée est qu'un âge plus avancé donne plus de temps pour la spéciation. Une autre explication possible est l'augmentation de l'énergie que les tropiques reçoivent du soleil par rapport à la diminution de l'énergie que reçoivent les régions tempérées et polaires. Il n'est pas tout à fait clair comment un plus grand apport d'énergie pourrait se traduire par plus d'espèces. La complexité des écosystèmes tropicaux peut favoriser la spéciation en augmentant la hétérogénéité, ou nombre de niches écologiques, dans les tropiques par rapport aux latitudes plus élevées. La plus grande hétérogénéité offre plus de possibilités de coévolution, de spécialisation et peut-être de plus grandes pressions de sélection conduisant à une différenciation de la population. Cependant, cette hypothèse souffre d'une certaine circularité : les écosystèmes avec plus d'espèces encouragent la spéciation, mais comment ont-ils obtenu plus d'espèces pour commencer ? Les tropiques ont été perçus comme étant plus stables que les régions tempérées, qui ont un climat prononcé et une saisonnalité de la durée du jour. Les tropiques ont leurs propres formes de saisonnalité, telles que les précipitations, mais ils sont généralement supposés être des environnements plus stables et cette stabilité pourrait favoriser la spéciation.

Quels que soient les mécanismes, il est certainement vrai que tous les niveaux de biodiversité sont les plus élevés sous les tropiques. De plus, le taux d'endémisme est le plus élevé et il y a plus de points chauds pour la biodiversité. Cependant, cette richesse de diversité signifie également que la connaissance des espèces est la plus faible et qu'il existe un potentiel élevé de perte de biodiversité.

Objectifs d'apprentissage

La biodiversité existe à plusieurs niveaux d'organisation et est mesurée de différentes manières selon les objectifs de ceux qui prennent les mesures. Ces mesures comprennent le nombre d'espèces, la diversité génétique, la diversité chimique et la diversité des écosystèmes. Le nombre d'espèces décrites est estimé à 1,5 million, avec environ 17 000 nouvelles espèces décrites chaque année. Les estimations du nombre total d'espèces sur Terre varient mais sont de l'ordre de 10 millions. La biodiversité est négativement corrélée avec la latitude pour la plupart des taxons, ce qui signifie que la biodiversité est plus élevée dans les tropiques. Le mécanisme de ce modèle n'est pas connu avec certitude, mais plusieurs hypothèses plausibles ont été avancées.

Cinq extinctions massives avec des pertes de plus de 50 pour cent des espèces existantes sont observables dans les archives fossiles. Les temps de récupération de la biodiversité après les extinctions massives varient, mais ont atteint 30 millions d'années. Les extinctions récentes sont enregistrées dans l'histoire écrite et constituent la base d'une méthode d'estimation des taux d'extinction contemporains. L'autre méthode utilise des mesures de la perte d'habitat et des relations espèces-aire. Les estimations des taux d'extinction contemporains varient, mais certains taux atteignent jusqu'à 500 fois le taux de fond, tel que déterminé à partir des archives fossiles, et devraient augmenter.


Phylogénie et biogéographie des houx (Chêne vert L., Aquifoliacées)

Le genre houx, Chêne vert L., dans le monogénérique Aquifoliaceae, est le plus grand genre ligneux dioïque (>664 spp.), avec une distribution quasi cosmopolite dans les environnements mésiques. Nous avons construit une phylogénie basée sur deux gènes nucléaires, représentant 177 espèces réparties dans l'aire de répartition géographique, et datées à l'aide d'enregistrements macrofossiles. Les cinq principaux clades avaient un ancêtre commun au début de l'Éocène, bien plus tôt que ce qui avait été suggéré auparavant. Chêne vert originaire d'Asie subtropicale et les clades existants ont colonisé l'Amérique du Sud pendant 30 Ma, l'Amérique du Nord pendant 23 Ma, l'Australie pendant 8 Ma, l'Europe pendant 6 Ma et l'Afrique pendant 4 Ma. L'Amérique du Sud et l'Amérique du Nord ont été colonisées à plusieurs reprises. Chêne vert a également atteint Hawaï (10 Ma) et d'autres îles océaniques. Les enregistrements de macrofossiles et de pollen montrent que le genre a suivi des climats mésiques à travers le temps et l'espace, et avait une distribution plus large avant le refroidissement mondial de la fin du Miocène. Notre phylogénie fournit un cadre pour les études en écologie comparée et évolution.


Biodiversité et Santé

Des communautés saines dépendent d'écosystèmes qui fonctionnent bien. Ils fournissent de l'air pur, de l'eau douce, des médicaments et la sécurité alimentaire. Ils limitent également les maladies et stabilisent le climat. Mais la perte de biodiversité se produit à un rythme sans précédent, ayant un impact sur la santé humaine dans le monde entier, selon un rapport sur l'état des connaissances publié conjointement par la Convention sur la diversité biologique (CDB) et l'Organisation mondiale de la santé (OMS).

Qu'est-ce que la biodiversité ?

La biodiversité est à la base de toute vie sur Terre et fait référence à la variété biologique sous toutes ses formes, de la constitution génétique des plantes et des animaux à la diversité culturelle.

Que signifie la biodiversité pour la santé humaine ?

Les gens dépendent de la biodiversité dans leur vie quotidienne, d'une manière qui n'est pas toujours apparente ou appréciée. La santé humaine dépend en fin de compte des produits et services écosystémiques (tels que la disponibilité d'eau douce, de nourriture et de sources de carburant) qui sont nécessaires à une bonne santé humaine et à des moyens de subsistance productifs. La perte de biodiversité peut avoir des impacts directs importants sur la santé humaine si les services écosystémiques ne sont plus adéquats pour répondre aux besoins sociaux. Indirectement, les changements dans les services écosystémiques affectent les moyens de subsistance, les revenus, la migration locale et, à l'occasion, peuvent même provoquer ou exacerber des conflits politiques.

De plus, la diversité biologique des micro-organismes, de la flore et de la faune offre des avantages considérables pour les sciences biologiques, sanitaires et pharmacologiques. Des découvertes médicales et pharmacologiques importantes sont faites grâce à une meilleure compréhension de la biodiversité de la terre. La perte de biodiversité peut limiter la découverte de traitements potentiels pour de nombreuses maladies et problèmes de santé.

Menaces pour la biodiversité et la santé

On s'inquiète de plus en plus des conséquences sur la santé de la perte de biodiversité. Les changements de la biodiversité affectent le fonctionnement des écosystèmes et des perturbations importantes des écosystèmes peuvent entraîner des biens et services écosystémiques qui maintiennent la vie. La perte de biodiversité signifie également que nous perdons, avant la découverte, de nombreux produits chimiques et gènes de la nature, du type qui a déjà procuré à l'humanité d'énormes bienfaits pour la santé.

Impact nutritionnel de la biodiversité

La biodiversité joue un rôle crucial dans la nutrition humaine par son influence sur la production alimentaire mondiale, car elle assure la productivité durable des sols et fournit les ressources génétiques pour toutes les cultures, le bétail et les espèces marines récoltées pour l'alimentation. L'accès à une quantité suffisante d'aliments nutritifs est un déterminant fondamental de la santé.

La nutrition et la biodiversité sont liées à de nombreux niveaux : l'écosystème, avec la production alimentaire en tant que service écosystémique, les espèces dans l'écosystème et la diversité génétique au sein des espèces. La composition nutritionnelle entre les aliments et entre les variétés/cultivars/races d'un même aliment peut différer considérablement, ce qui affecte la disponibilité des micronutriments dans l'alimentation. Des régimes alimentaires locaux sains, avec des niveaux moyens adéquats d'apport en nutriments, nécessitent le maintien de niveaux élevés de biodiversité.

L'intensification et l'amélioration de la production alimentaire par l'irrigation, l'utilisation d'engrais, la protection des plantes (pesticides) ou l'introduction de variétés de cultures et de modes de culture affectent la biodiversité et ont donc un impact sur l'état nutritionnel mondial et la santé humaine. La simplification de l'habitat, la perte d'espèces et la succession d'espèces augmentent souvent la vulnérabilité des communautés en fonction de la réceptivité de l'environnement à la mauvaise santé.

Importance de la biodiversité pour la recherche en santé et la médecine traditionnelle

La médecine traditionnelle continue de jouer un rôle essentiel dans les soins de santé, en particulier dans les soins de santé primaires. On estime que les médecines traditionnelles sont utilisées par 60 % de la population mondiale et, dans certains pays, elles sont largement intégrées au système de santé publique. L'utilisation des plantes médicinales est l'outil médicamenteux le plus courant en médecine traditionnelle et en médecine complémentaire dans le monde. Les plantes médicinales sont fournies par la cueillette des populations sauvages et la culture. De nombreuses communautés dépendent des produits naturels collectés dans les écosystèmes à des fins médicinales et culturelles, en plus de la nourriture.

Bien que les médicaments synthétiques soient disponibles à de nombreuses fins, le besoin et la demande mondiaux de produits naturels persistent pour une utilisation en tant que médicaments et pour la recherche biomédicale qui repose sur les plantes, les animaux et les microbes pour comprendre la physiologie humaine et comprendre et traiter les maladies humaines.

Maladies infectieuses

Les activités humaines perturbent à la fois la structure et les fonctions des écosystèmes et altèrent la biodiversité indigène. De telles perturbations réduisent l'abondance de certains organismes, provoquent une croissance démographique dans d'autres, modifient les interactions entre les organismes et altèrent les interactions entre les organismes et leurs environnements physiques et chimiques. Les schémas des maladies infectieuses sont sensibles à ces perturbations. Les principaux processus affectant les réservoirs et la transmission des maladies infectieuses comprennent la déforestation, le changement d'affectation des terres, la gestion de l'eau, par ex. par la construction de barrages, l'irrigation, l'urbanisation incontrôlée ou l'étalement urbain la résistance aux pesticides chimiques utilisés pour contrôler certains vecteurs de maladies, la variabilité et le changement climatiques, la migration et les voyages et échanges internationaux et l'introduction accidentelle ou intentionnelle d'agents pathogènes par l'homme.

Changement climatique, biodiversité et santé

La biodiversité fournit de nombreux services écosystémiques qui sont cruciaux pour le bien-être humain aujourd'hui et à l'avenir.Le climat fait partie intégrante du fonctionnement des écosystèmes et la santé humaine est affectée directement et indirectement par les effets des conditions climatiques sur les écosystèmes terrestres et marins. La biodiversité marine est affectée par l'acidification des océans liée aux niveaux de carbone dans l'atmosphère. La biodiversité terrestre est influencée par la variabilité climatique, comme les phénomènes météorologiques extrêmes (c. Les changements climatiques à plus long terme affectent la viabilité et la santé des écosystèmes, influençant les changements dans la répartition des plantes, des agents pathogènes, des animaux et même des établissements humains.

Faits marquants

La biodiversité fournit de nombreux biens et services essentiels à la vie sur terre. La gestion des ressources naturelles peut déterminer l'état de santé de base d'une communauté. La gérance de l'environnement peut contribuer à sécuriser les moyens de subsistance et à améliorer la résilience des communautés. La perte de ces ressources peut créer les conditions responsables de morbidité ou de mortalité.

La biodiversité soutient les besoins humains et sociétaux, y compris la sécurité alimentaire et nutritionnelle, l'énergie, le développement de médicaments et de produits pharmaceutiques et l'eau douce, qui, ensemble, sous-tendent une bonne santé. Il soutient également les opportunités économiques et les activités de loisirs qui contribuent au bien-être général.

Changement d'affectation des terres, la pollution, la mauvaise qualité de l'eau, la contamination par les produits chimiques et les déchets, le changement climatique et d'autres causes de dégradation des écosystèmes contribuent tous à la perte de biodiversité et peuvent constituer des menaces considérables pour la santé humaine.

La santé et le bien-être humains sont influencés par la santé des communautés végétales et animales locales, et l'intégrité des écosystèmes locaux qu'ils forment.

Maladies infectieuses causent plus d'un milliard d'infections humaines par an, avec des millions de décès chaque année dans le monde. Environ les deux tiers des maladies infectieuses humaines connues sont partagées avec les animaux, et la majorité des maladies émergentes récemment sont associées à la faune sauvage.


1.4.19.10 : Biodiversité - Biologie

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Effets de l'utilisation des terres et du changement climatique sur la taille de la population et le risque d'extinction des plantes andines

On prévoit que les espèces végétales andines modifieront leur répartition, ou « migreront », vers le haut en réponse au réchauffement futur. Les impacts de ces changements sur la taille des populations d'espèces et leurs capacités à persister face au changement climatique dépendront de nombreux facteurs, notamment la répartition des individus dans les aires de répartition des espèces, la capacité des espèces à migrer et à rester en équilibre avec le climat, et modes d'utilisation des terres par l'homme. L'utilisation des terres par l'homme peut être particulièrement importante dans les Andes, où les activités anthropiques au-dessus de la limite des arbres peuvent créer une barrière solide aux migrations ascendantes, mettant en péril la biodiversité andine de haute altitude. Afin de mieux comprendre comment le changement climatique peut avoir un impact sur le hotspot de la biodiversité andine, nous prédisons les réponses distributionnelles de centaines d'espèces végétales aux changements de température en intégrant les distributions de densité de population, les taux de migration et les modèles d'utilisation des terres par l'homme. Nous montrons que les espèces végétales des hautes forêts andines peuvent augmenter la taille de leurs populations si elles sont capables de migrer vers les vastes zones terrestres situées au-dessus de la limite forestière actuelle. Cependant, si le rythme du changement climatique dépasse les capacités des espèces à migrer, toutes les espèces subiront d'importantes pertes de population et pourraient par conséquent être confrontées à un risque élevé d'extinction. En utilisant des taux de migration intermédiaires cohérents avec ceux observés pour la région, la plupart des espèces devraient encore connaître des déclins de population. Dans un scénario d'utilisation des terres du statu quo, nous constatons que toutes les espèces connaîtront des pertes de population importantes, quel que soit le taux de migration. L'effet de l'utilisation humaine des terres est plus prononcé pour les espèces de haute altitude qui passent des augmentations prévues de la taille des populations à des diminutions prévues. L'influence primordiale de l'utilisation des terres sur les réponses prévues des espèces andines au changement climatique peut être considérée comme encourageante car il est encore temps de lancer des programmes de conservation qui limitent les perturbations et/ou facilitent la migration ascendante et la persistance des espèces végétales andines.

Tableau S1. Liste de tous les herbiers et collections contribuant aux enregistrements de collections de plantes utilisés dans cette étude, accessibles via le Global Biodiversity Information Facility (12/2008-1/2009).

Tableau S2. Changements dans la taille de la population végétale andine prévus sous un réchauffement incrémentiel de 1 degré de +1° à +8°C intégrant différents scénarios de migration et de changement d'utilisation des terres. Les valeurs positives (en gras) indiquent les augmentations de population prévues.

Tableau S3. Changements de la taille de la population prévus pour les différentes espèces d'arbres andins en raison d'un réchauffement de 5 °C.

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Discussion

La biodiversité souterraine dans les forêts européennes est positivement liée à la production de nombreux services écosystémiques

Le rôle de la biodiversité dans la fourniture actuelle et future de services écosystémiques a été souligné (Cardinale et al., 2012 Mace et al., 2012 Balvanera et al., 2014), et les gestionnaires devraient considérer sérieusement la biodiversité, car une gestion inappropriée des écosystèmes pourrait compromettre le maintien de ses fonctions et services (D໚z et al., 2018). La biodiversité des sols s'est avérée être un moteur principal de la stabilité des écosystèmes (Yang et al., 2019) et l'adaptation des pratiques forestières et de la composition des espèces d'arbres a été proposée pour pouvoir soutenir la fourniture de services dans des conditions de changement climatique (Luyssaert et al. , 2018). De nombreux services écosystémiques ont été tenus pour acquis et considérés comme infinis. Il est désormais clair que la dégradation des écosystèmes (Ellis et al., 2010), qui se produit dans le monde entier, diminue également les services qu'ils peuvent fournir. Au niveau européen, la biodiversité des sols est menacée en particulier dans les zones à forte densité de population ainsi que celles ayant une activité agricole intense (Jeffery et al., 2010). L'utilisation des services écosystémiques en tant que concept permet d'étudier et de comparer les différentes fonctions et services des écosystèmes ainsi que d'évaluer comment cela est associé à d'autres aspects clés tels que la biodiversité et comment cela pourrait être affecté par le changement environnemental. Il contribue en outre à sensibiliser le public et donne des informations aux décideurs (Science for Environment Policy, 2015).

Ici, dans notre enquête sur les relations entre la biodiversité des sols et les services écosystémiques dans les forêts européennes, nous avons collecté des données à partir d'études publiées dans le but de synthétiser les connaissances existantes, d'explorer la nature des relations et de définir les lacunes dans les connaissances. Au total, nous avons trouvé 574 études pour les 518 combinaisons de groupes biotiques et de services écosystémiques, soit en moyenne un peu plus d'une étude par combinaison, même si certaines études ont contribué à plusieurs relations. Nous avons détecté que 92% de nos combinaisons de biodiversité souterraine d'un groupe de biotes donné et d'un service écosystémique individuel n'étaient pas couvertes par des données ou n'étaient abordées que par très peu d'études. Pour la plupart des combinaisons étudiées, la connaissance fait donc défaut. Sur les 8 % restants de liens bien évalués entre la diversité du biote du sol et les services écosystémiques, la grande majorité des relations était principalement positive. Cependant, pour certains groupes de biotes du sol, des relations contrastées ont été détectées, suggérant une nature ambiguë de ces liens, probablement motivée par la concurrence entre les groupes de biotes du sol, motivée par l'influence du contexte environnemental des études, ou liée à la nature antagoniste de certains services.

Plus précisément, pour les services d'approvisionnement, une diversité croissante du biote du sol a été associée à la fourniture de services d'approvisionnement pour la plupart des sous-groupes biotiques. Quelques cas neutres et négatifs ont également été trouvés et pour certains, par exemple les algues, aucune preuve directe n'a pu être trouvée. Dans le cas des services de régulation, une augmentation de la diversité souterraine n'est apparue que pour un petit nombre de relations potentielles et dans les deux tiers de tous les cas, cela a été associé positivement aux services écosystémiques, le reste montrant principalement une relation neutre ou dans un cas une relation négative. Presque tous les groupes biotiques ont contribué à la fourniture de services culturels, mais l'effet positif d'une biodiversité plus élevée (au sens du nombre d'espèces) n'était pas évident. Au sein des groupes biotiques, l'importance de la biodiversité dépendait d'un ensemble de phénomènes naturels et culturels tels que la présence d'espèces dans la région, la reconnaissance populaire de l'espèce ou la tradition d'utilisation. Ici, nous n'avons trouvé aucune preuve publiée pour les archées et les enchytraeidae en tant que fournisseurs directs d'avantages culturels. Des services de soutien de la diversité souterraine sont signalés pour la plupart de la faune et des champignons du sol, et moins pour les plus petits taxons (procaryotes, protistes), avec un rôle étonnamment faible pour les racines des plantes. La majorité de ces relations sont positives avec seulement quelques études montrant des relations neutres ou négatives. Dans les sections suivantes, nous illustrons d'abord le caractère spécifique des relations entre la biodiversité souterraine et les services écosystémiques dans toutes les principales catégories de services pour les principaux groupes biotiques, discutons des implications du choix d'utiliser le cadre MEA dans notre étude des services écosystémiques, puis présenter quelques considérations générales sur notre travail.

Les relations spécifiques entre la biodiversité souterraine et les services écosystémiques dans les forêts européennes

Racines des plantes

Les racines des plantes sont la principale interface entre les biotes aériens et souterrains, influencent leur environnement par l'absorption de nutriments et d'eau, et à leur tour fournissent au sol du carbone et des exsudats. L'environnement à proximité immédiate des parties d'échange les plus actives du système racinaire, la rhizosphère, abrite une grande diversité de micro-organismes (Hinsinger et al., 2009). Une forêt d'espèces mixtes avec une plus grande diversité d'espèces aériennes supporterait une plus grande diversité de racines souterraines, ce qui devrait fournir une meilleure couverture racinaire spatiale et en profondeur en raison des différentes distributions de racines fines et grossières de différentes espèces d'arbres. Dans un tel cas, les systèmes racinaires pourraient être en compétition pour les mêmes ressources, optimiser l'occupation de l'espace et donc l'acquisition des ressources ou présenter une ségrégation verticale des racines pour éviter la concurrence. À cet égard, la diversité des arbres a dans plusieurs cas conduit à une interaction positive entre les espèces avec une croissance plus élevée, c'est-à-dire des services d'approvisionnement plus élevés en fibre ou en carburant (Pretzsch et al., 2013 Jucker et al., 2014 Pretzsch et Zenner, 2017). Grossiord et al. (2014), où dans des mélanges d'espèces spécifiques Fagus sylvatica extrait l'eau de couches de sol de plus en plus profondes. Daoud et al. (2016) ont signalé une biomasse racinaire plus élevée dans les couches de sol plus profondes avec une diversité croissante d'espèces d'arbres, ce qui était associé à des stocks de C du sous-sol plus élevés. Dans le cas de perturbations biotiques, la présence d'espèces plus résistantes ou résilientes dans les mélanges par rapport aux monocultures avec uniquement des espèces sensibles ou moins résilientes peut prévenir les dommages ou atténuer la réduction de la fonction écosystémique (Bauhus et al., 2017 Pretzsch et Zenner, 2017) .

Les différences dans la distribution des racines, la morphologie et l'architecture des racines dans les systèmes forestiers mixtes devraient affecter positivement la formation du sol par son influence sur les systèmes racinaires en décomposition, la purification de l'eau par un effet décélérant sur les flux d'eau et les cycles hydrologiques entre le sol et les plantes (Christen et Dalgaard, 2013). Les racines jouent un rôle important dans la réduction du ruissellement et de la perte de sol. Ceci a été récemment examiné par Liu et al. (2018). Il a été démontré que les racines ont un rôle particulier (par rapport à la végétation aérienne) dans les forêts (par rapport aux prairies). La diversité des racines des arbres a eu un effet positif sur les habitats de soutien pour les champignons (Summerbell, 2005 Danielsen et al., 2012), les collemboles (Rossetti et al., 2015), les acariens et les microbes (Nielsen et al., 2012) et à travers les systèmes racinaires en décomposition pour insectes et polypores (Kolström et Lumatjarvi, 1999). La biodiversité des racines des plantes a contribué positivement à la plupart des services culturels grâce à l'utilisation de racines de plantes comestibles ou médicinales. Des parties souterraines de plantes forestières sont encore utilisées dans les pays européens, contribuant ainsi à la diversité culturelle et au patrimoine dans le cadre de la tradition locale (Leporatti et Ivancheva, 2003 ᘊrič-Kundalič et al., 2010 Turner et al., 2011 Stryamats et al., 2015). Un certain nombre de publications traitant de la tradition de la cueillette des plantes notent également leurs propriétés médicinales, reflétant leurs avantages positifs pour la santé et le bien-être et la valeur des connaissances traditionnelles et des rituels spirituels (Ivancheva et Stantcheva, 2000 Vogl et al., 2013). Stryamets et al. (2015) montrent que la tradition de cueillette de plantes sauvages a une influence positive sur les relations sociales, les loisirs et la santé en général. Trestrail (2000) et Carter (2003) donnent des exemples de la façon dont les racines et l'utilisation de poisons (y compris ceux dérivés des racines des plantes) sont représentés dans les œuvres d'art et la littérature de fiction.

Un certain nombre d'études ont signalé la contribution positive d'une plus grande diversité de racines de plantes d'arbres sur le cycle des nutriments, le cycle du carbone et la production primaire (Vilà et al., 2004 Guckland et al., 2009 Meinen et al., 2009a,b ,c Gundale et al., 2010 Lang et Polle, 2011 Lei et al., 2012 Jacob et al., 2014 Schleuß et al., 2014 Domisch et al., 2015 Dawud et al., 2016). La plupart de ces relations ont été décrites comme faiblement positives ou neutres dans les gradients de diversité des arbres d'une à cinq espèces et il semble prématuré de tirer des conclusions définitives sur un effet positif des racines des arbres. Notamment, un groupe de chercheurs a signalé un effet positif sur la production primaire et le cycle du carbone dans une étude (Meinen et al., 2009a) et deux fois un effet plutôt neutre (Meinen et al., 2009b,c). Schleuß et al. (2014) ont montré des concentrations de carbone plus élevées dans les sols sous des peuplements diversifiés par rapport aux monocultures et ont suggéré que les différences dans la biomasse des racines fines, le renouvellement des racines fines, les effets de la rhizosphère spécifiques aux espèces ainsi que les différences dans la décomposition de la litière de feuilles pourraient expliquer cela. Metcalfe et al. (2011) ont suggéré que la composition de la communauté végétale, plutôt que la diversité, exerce généralement le contrôle dominant sur l'efflux de carbone du sol dans les systèmes naturels. Dans leur revue, Vesterdal et al. (2013) ont soutenu que l'identité des espèces (d'une espèce dans les mélanges) pourrait bien orienter les effets de diversité observés. Dans l'ensemble, le rôle des racines dans la diversité des fonctions de l'écosystème semble être souligné dans notre étude, probablement parce que la plupart des études évaluant les fonctions écosystémiques des racines des plantes n'examinent qu'une seule espèce d'arbre.

Champignons

Une plus grande diversité de champignons a été suggérée pour influencer positivement la formation du sol et la production primaire par des effets directs sur la physiologie de l'hôte, les avantages des nutriments pour les plantes et le développement du mycélium et par des effets indirects sur la composition et le fonctionnement de la communauté microbienne du sol végétal (Lavelle et al., 1997 Rillig , 2004 Hoeksema et al., 2010) et en tant que tel contribue à de nombreux processus écosystémiques en tant que régulateurs des processus écosystémiques (Heilmann-Clausen et al., 2015). Il y a des indications que dans le cas d'une plus grande diversité de champignons, il y a un avantage dû à une augmentation de la productivité des arbres, et donc, la fourniture des services 𠇏iber” et 𠇏uel”, mais le les effets de la diversité fongique sur la production primaire variaient selon l'implantation. Par exemple, Jonsson et al. (2001) ont montré que dans un gradient de diversité fongique d'une à huit espèces, les effets sur la production primaire étaient neutres à positifs dans des conditions de substrat de faible fertilité et neutres à négatifs dans des conditions de substrat de haute fertilité pour respectivement Betula pendula et Pinus sylvestris. De même, dans l'étude de Ducic et al. (2009), l'interaction avec les propriétés du sol et la variété d'arbre hôte a exercé une influence plus forte sur la production et l'efficacité d'utilisation des nutriments que la diversité fongique sur les racines. En ce qui concerne les champignons pathogènes, Aponte et al. (2013) ont souligné que la plupart des effets de rétroaction plante-sol signalés médiés par des champignons pathogènes du sol sur la production de fibres et de carburant sont négatifs. Cependant, Gómez-Aparicio et al. (2012) n'ont trouvé aucune preuve d'effets de rétroaction des plantes via les agents pathogènes du sol dans leur analyse des modèles spatiaux des agents pathogènes du sol dans les zones mixtes. Quercus les forêts.

Grâce à la production de fructifications, une microflore fongique diversifiée influence directement l'approvisionnement en « aliments et en produits biochimiques, en médicaments naturels et en produits pharmaceutiques (Heilmann-Clausen et al., 2015). Les champignons de plus de 1100 espèces fongiques sont utilisés comme source de nourriture ou de médecine traditionnelle dans plus de 80 pays (Boa, 2004).Cela inclut les trois catégories de champignons : mycorhiziens, saprotrophes et champignons pathogènes. Bonet et al. (2008) ont montré que la production de carpophores de champignons était positivement liée à la diversité fongique souterraine dans Pinus sylvestris forêts des Pyrénées, alors que la diversité et la production les plus élevées ne se sont pas produites simultanément dans l'étude de Hernández-Rodríguez et al. (2015) dans une forêt de broussailles méditerranéennes soumise au défrichement et au feu. Le cycle des nutriments et du carbone a bénéficié d'une plus grande diversité fongique. Les champignons mycorhiziens, saprotrophes et pathogènes ont été mentionnés comme pourvoyeurs de la tradition locale, de la diversité linguistique et du folklore dans de nombreux pays européens (par exemple, Wasson et Wasson, 1957 Spooner et Læssྎ, 1994 Härkönen, 1998 Gyozo , 2010 Yamin-Pasternak, 2011). Les effets positifs des champignons sur les valeurs spirituelles et religieuses à travers les croyances et la mythologie liées aux champignons et à la cueillette des champignons sont montrés par Trinkauske (2008) et (Dugan, 2008a,b). En outre, (Dugan, 2008a,b) et Yamin-Pasternak (2008) indiquent l'importance des champignons pour les valeurs patrimoniales : cuisine traditionnelle, représentation dans des textes anciens et des artefacts. De nombreuses références traitent des champignons comme objets d'inspiration et deux d'entre elles (Kiernan, 2010 Rutter, 2010) mentionnent également les valeurs esthétiques des champignons.

La diversité fongique affecte positivement le niveau général des connaissances sur les champignons et leur utilisation, à la fois traditionnelles (principalement les utilisations relatives aux champignons et à la cueillette des champignons) et formelles (utilisation des champignons en archéologie, paléoécologie, médecine légale, ethnologie, sciences du sol et de l'évolution, surveillance de l'environnement ). Les champignons sont importants pour l'enseignement aux étudiants et plus largement pour l'éducation environnementale (Ramesh, 2016 Halme et al., 2017). Un effet neutre des champignons pour les systèmes de connaissance a été indiqué : utilisation de champignons pour la surveillance environnementale (Rantalainen et al., 2008 Egli, 2011) et leur efficacité en tant que médicaments (Money, 2016). Les champignons ont contribué au “sens du lieu”, car la cueillette des champignons est une partie importante de la vie et est associée au “sens de la maison”, principalement pour les Européens de l'Est (Wasson et Wasson, 1957 Härkönen, 1998 Yamin-Pasternak, 2011). Les champignons et leur rassemblement contribuent positivement à divers aspects et niveaux des relations sociales : liens familiaux et communautaires, transfert de connaissances et de traditions, et impact socio-économique (Trinkauske, 2008 Luczaj et Nieroda, 2011 Yamin-Pasternak, 2011 Garibay-Orijel et al. , 2012). La cueillette de champignons (principalement des champignons mycorhiziens et saprotrophes) est une forme récréative populaire dans de nombreux pays (par exemple, Stryamets et al., 2015 Sisak et al., 2016). De plus, des champignons mycorhiziens sont utilisés pour surveiller l'état des forêts récréatives (par exemple, Barrico et al., 2012). Des impacts positifs sur la santé et le bien-être ont été démontrés par les champignons en tant que sources de composés bioactifs (par exemple, Heleno et al., 2010) et par les effets positifs de la cueillette de champignons en tant qu'activité physique (Bere et Westersjo, 2013 Stryamats et al., 2015 ).

Les champignons mycorhiziens et les saprotrophes ont également été mentionnés comme fournisseurs de services culturels principalement liés à la « santé et au bien-être ». Ces signalements concernaient principalement des espèces vénéneuses et des oligo-éléments accumulés dans les champignons comestibles comme un danger pour la santé humaine. Cependant, quelques références ont également indiqué un impact négatif des champignons (ou plutôt de leur cueillette) sur les relations sociales, c'est-à-dire des conflits avec les lois environnementales et de propriété (Boa, 2004 de Román et al., 2006 Wright, 2010) ou sur les valeurs religieuses, car certaines religions manifestent une attitude méfiante envers les champignons (Yamin-Pasternak, 2011). L'impact des champignons sur la culture était beaucoup plus variable géographiquement que tout autre groupe biotique, la variabilité découlant de l'attitude de la société envers les champignons, identifiée pour la première fois par Wasson et Wasson (1957) et plus tard nommée par Hawksworth (1996) comme &# x0201Cmycophobie& #x0201D et “mycophilie.” Selon que le pays ou la région est “mycophobe” (craignant/indifférent aux champignons) ou “mycophile” (affectueux des champignons), il y aurait également des différences dans la biodiversité des espèces fongiques qui fournissent des services ou des services culturels.

Différents types de mycorhizes présentent différents flux de nutriments, différentes structures fongiques et par conséquent différents flux de carbone dans le sol (Read, 1991 Read et Perez-Moreno, 2003 Churchland et Grayston, 2014). Il a été signalé que la diversité des espèces de CMA favorisait le stockage du carbone dans le sol (Rillig, 2004) et que la diversité fongique augmentait les flux de C grâce à une production accrue de biomasse mycélienne et à une décomposition accrue du matériel mycélien mort (Wilkinson et al., 2011, 2012). Cela suggère en outre un effet de la diversité fongique sur la régulation du climat. Il a été démontré que les activités enzymatiques variaient d'une espèce à l'autre et que pour augmenter la diversité fongique, l'activité totale des enzymes mobilisant les nutriments a été augmentée (Courty et al., 2005) et plus généralement la décomposition de la matière organique a été améliorée (Tiunov et Scheu, 2005 Courty et al. ., 2010 Rajala et al., 2012 Creamer et al., 2016). Des effets positifs sur les cycles de N, P, Mg ou Fe, leur mobilisation ou leur incorporation dans les tissus végétaux ont été rapportés pour une plus grande diversité fongique (Tremolières et al., 1998 Calvaruso et al., 2007 Leski et al., 2010 Velmala et al., 2014). Cependant, il a été démontré que de tels effets dépendent de l'espèce d'arbre (Lang et Polle, 2011), et dans le cas de jeunes arbres, une diversité de seulement une ou deux espèces d'ECM était meilleure pour la nutrition des plantules qu'une diversité fongique plus élevée (Velmala et al., 2013). Bien que l'efficacité fongique pour le cycle du carbone soit plus élevée pour une diversité croissante, c'était surtout le cas à l'extrémité pauvre du gradient de diversité pour les espèces (Setälä et McLean, 2004). De plus, au sein de populations fongiques très diverses, réparties sur différents horizons pédologiques, des espèces moins abondantes contribuent de manière importante aux processus de décomposition dans les sols (Baldrian et al., 2012). Bker et al. (2016) ont montré que les guildes fongiques mycorhiziennes et saprotrophes se disputent les mêmes substrats organiques mais affectent toujours différemment la décomposition de la matière organique par une production d'enzymes différentielle. Dans l'ensemble, une plus grande diversité fongique peut entraîner l'exploitation de différentes niches et couches de sol, et grâce à la combinaison des contributions d'espèces ayant toutes des activités enzymatiques spécialisées et à travers leurs différentes structures fongiques et leur durée de vie, elles génèrent différents processus de stockage du carbone et des nutriments, et les micro-organismes associés dépendent de ces champignons pour leur carbone, leur énergie et leurs nutriments. Une variété d'utilisations a évolué à partir de la cueillette des champignons et cela génère une myriade de services aux humains.

Procaryote

La diversité microbienne est généralement expliquée par différentes espèces d'arbres et par la qualité de la litière et du sol, y compris l'acidité. Le pH du sol est un facteur majeur des bactéries du sol, et lorsque la composition chimique de la litière à feuilles persistantes conduit à un pH plus bas du sol dans les forêts de conifères, cela peut façonner la composition de la communauté microbienne (Lladó et al., 2018). Selon Lauber et al. (2009), la diversité phylogénétique globale des bactéries dans les sols à pH faible est nettement plus faible que dans les sols à pH neutre. À un pH bas, les Actinobactéries et les Bactériodetes sont moins abondantes, contrairement aux Acidobactéries qui sont plus abondantes (Lauber et al., 2009). Par conséquent, les forêts de feuillus riches en espèces avec un pH plus neutre ont un effet positif sur l'offre de ressources génétiques. Les études sur la biodiversité bactérienne ont amélioré la connaissance des fonctions biologiques et biochimiques du sol en prenant en considération les effets conjugués des communautés microbiennes biodiverses (Frey-Klett et al., 2007 Burns et al., 2013). Plusieurs études ont montré que la diversité bactérienne souterraine était positivement liée au cycle des nutriments, au cycle du carbone ou à la formation du sol. Uroz et al. (2007) ont rendu compte de la diversité bactérienne dans l'ectomycorhizosphère et du potentiel accru d'altération minérale dans les sols forestiers qu'ils ont étudiés. Calvaruso et al. (2010) ont en outre démontré que les chênes et les hêtres de ce site forestier ont développé des stratégies de sélection des communautés bactériennes avec les potentiels d'altération minérale les plus efficaces, mettant en évidence le rôle de la diversité bactérienne sur la formation des sols à travers la minéralisation des minéraux primaires ou secondaires. Dans une autre étude, ils ont démontré qu'une diversité verticale de communautés bactériennes permettait d'altérer les minéraux dans les couches du sous-sol et de mobiliser efficacement le phosphore et le fer (Calvaruso et al., 2007).

Uroz et al. (2011) ont examiné les caractéristiques des bactéries altérant les minéraux et montré que plusieurs genres ont la capacité d'altérer les minéraux et d'améliorer la nutrition des arbres. Salminen et al. (2010) ont indiqué une variété d'activités dans la communauté microbienne, mais dans l'ensemble, la relation entre la diversité et l'activité enzymatique ou le statut C et N était dominée par la redondance fonctionnelle des organismes au sein de la communauté. Hättenschwiler et al. (2005) ont fourni des preuves que la diversité des organismes décomposeurs influence grandement la décomposition de la litière et la minéralisation des nutriments. Dans leur étude sur l'impact du bouleau ajouté à une lande de bruyère, Mitchell et al. (2010) ont montré des taux plus rapides de cycle des nutriments en présence de bouleau, où les réseaux trophiques dominés par les bactéries sont généralement associés à des taux plus rapides de cycle des nutriments. Les bactéries ont immobilisé N en raison des rapports C:N relativement élevés de leur substrat, et le broutage microbien a stimulé le renouvellement bactérien et donc le cycle de N (Schröter et al., 2003). Hättenschwiler et al. (2011), dans leur revue, ont rapporté que malgré la redondance fonctionnelle, la richesse en espèces facilitait la coexistence des espèces, augmentait le nombre d'individus et augmentait la décomposition de la cellulose dans les traitements avec plus de deux espèces. Cependant, pour la diversité des espèces entre deux et dix espèces, la redondance pourrait se produire à n'importe quel stade. Salminen et al. (2010) ont également signalé qu'en raison de la redondance fonctionnelle des organismes du sol, la composition de la communauté du sol des décomposeurs du sol n'exerçait pas une forte influence sur les cycles du C et du N dans le sol.

Les archées oxydantes de l'ammoniac ont été évaluées pour leur effet sur la régulation de la qualité de l'eau liée aux processus de nitrification (Malchair et Carnol, 2013). Farrell et al. (2010) ont étudié la régulation des risques dans les sols contaminés par le Cu, le Pb et le Zn et seul un petit effet de l'augmentation de la diversité bactérienne et fongique sur l'assainissement des métaux a pu être observé. Ushio et al. (2013) ont étudié si la qualité du substrat pouvait affecter la relation entre la diversité microbienne et la stabilité des activités de décomposition du sol. Ils ont démontré une relation diversité-stabilité positive pour la communauté microbienne du sol. Les changements dans la qualité du substrat, qui pourraient être induits par le changement climatique, ont des impacts sur les processus de décomposition et le CO2 les émissions des sols, mais ces impacts peuvent être atténués par la diversité fonctionnelle des communautés microbiennes du sol (Ushio et al., 2013). Les enzymes extracellulaires impliquées dans la transformation du carbone déterminent en grande partie l'abondance des communautés bactériennes du sol, tandis que les activités enzymatiques extracellulaires entraînant l'oxydation du carbone se sont avérées réguler l'abondance des champignons saprophytes (You et al., 2013). Ces résultats démontrent les interactions complexes entre les plantes, le sol et les communautés microbiennes. Des rapports champignons/bactéries accrus ont également été associés à une séquestration de carbone plus élevée (Bailey et al., 2002) et des micro-organismes spécifiques ont un contrôle spécifique sur la production et la consommation de nombreux gaz traces pertinents pour le climat et la composition chimique de l'air (Conrad, 1996) . En outre, de nombreuses preuves ont été trouvées pour des liens directs entre les changements dans la communauté microbienne du cycle du méthane, dus aux changements climatiques et environnementaux, et les niveaux de flux de méthane observés (Aronson et al., 2013). Les petits organismes tels que les bactéries peuvent donc être des moteurs clés de l'énergie et des transformations des phases minérales et organiques, entraînant des relations souvent positives entre la diversité et la formation du sol, le cycle des nutriments et du carbone et vraisemblablement les flux de gaz.

Faune du sol

La faune du sol peut être considérée comme des ingénieurs écosystémiques qui, par leurs activités de creusement, de dégradation ou d'alimentation, affectent les cycles des nutriments, du carbone et de l'eau, peuvent modifier la texture du sol, fournir des habitats de soutien à d'autres groupes fauniques et contribuer à la production primaire (Lavelle et al., 1997). Plusieurs études ont porté sur l'abondance et la diversité de la faune du sol en relation avec l'âge du peuplement, la structure du peuplement et la diversité des peuplements d'arbres, mais aucun modèle général n'a émergé entre la diversité aérienne et la diversité génétique des communautés souterraines, avec des relations à la fois positives, neutres et négatives (Salamon et al., 2008 Salamon et Wolters, 2009 Chauvat et al., 2011 Cesarz et al., 2013 Korboulewsky et al., 2016 Mueller et al., 2016). Inversement, des effets positifs de la diversité de la faune du sol sur le cycle des éléments nutritifs ont été signalés pour tous les groupes de faune du sol considérés et se rapportent principalement à une minéralisation accrue, à une dégradation de la litière ou à des interactions trophiques entre les organismes, permettant l'apport de nutriments pour l'absorption racinaire et par la suite de stimuler la livraison. des services de fibre et de carburant. Ces relations positives à neutres concernent les vers de terre (eg, Scheu, 2003 Jacob et al., 2009 Blouin et al., 2013 Rajapakshaa et al., 2014), les enchytréides (eg, Swift et al., 1998 Schröter et al., 2003 Creamer et al., 2016), collemboles (eg, Liiri et al., 2002 Lenoir et al., 2007 Jacob et al., 2009), acariens (eg Heneghan et Bolger, 1996, 1998 Jacob et al., 2009) , les isopodes (par exemple, Coûteaux et al., 1991 Jacob et al., 2009) et les nématodes (par exemple, Laakso et al., 2000 Schröter et al., 2003).

En tant qu'ingénieurs écosystémiques, les vers de terre contribuent à de multiples fonctions du sol et aux services associés, mais même pour un groupe aussi bien connu, il existe une absence notable d'études sur les effets de la diversité des vers de terre par rapport à celles portant sur la présence ou l'absence d'espèces individuelles. L'effet des vers de terre sur les fonctions clés du sol telles que la structure du sol et le cycle des éléments nutritifs et les services écosystémiques associés (p. 2008 Blouin et al., 2013). Dans le cas individuel des effets des vers de terre sur la régulation de l'eau, par exemple, l'infiltration et le stockage de l'eau sont influencés non seulement par les propriétés du sol en question, mais aussi par la grande variété de tailles de pores et de caractéristiques morphologiques produites par différents groupes écologiques de vers de terre ( Peres et al., 1998 Shipitalo et Butt, 1999 Blouin et al., 2013). Les effets de la diversité des vers de terre sur la production primaire sont tout aussi complexes, notamment parce que les interactions ver de terre-plante sont multidirectionnelles et consistent à la fois en effets directs (par exemple, l'alimentation des racines) et indirects (par exemple, par la modification de la structure du sol), et ceux-ci diffèrent également entre le ver de terre écologique groupes (Brussaard, 1999 Scheu, 2003 Kukkonen et al., 2004). La production primaire de bouleau et d'eucalyptus a été stimulée à 25 % par deux espèces de vers de terre en interaction dans une expérience de mésocosme sur le terrain (Rajapakshaa et al., 2014). Les effets positifs des vers de terre ont été examinés par Blouin et al. (2013) qui ont souligné, entre autres avantages, le rôle des vers de terre dans la pédogenèse, le développement de la structure du sol, le cycle des nutriments et la production primaire. De même, Bullinger-Weber et al. (2007), étudiant la structure du sol sous Salix spp. et Alnus incana dans les habitats alluviaux, on a découvert que seulement lorsqu'une texture limoneuse était présente, la présence de vers de terre anéciques était favorisée. Les vers de terre anéciques augmentent la stabilisation des agrégats, le fer se formant dans le limon grossier agissant comme agents de cimentation.

Phillips et FitzPatrick (1999), enquêtant sur plusieurs types de forêts aux États-Unis et en Écosse, ont observé que les feuillus tels que Quercus spp. et Betula spp. produire une litière qui favorise la présence de vers de terre et d'enchytréides, qui sont alors responsables du brassage de la couche arable. En revanche, la litière d'aiguilles de pin et d'épinette est évitée par les vers de terre et en partie par les enchytrées. Par conséquent, ces forêts ont un horizon organique épais sans mélange de la couche arable. Ainsi, la structure du sol ici est reconnue comme le service d'approvisionnement “platform”. Les vers de terre et/ou les enchytréides ont été signalés comme régulateurs biotiques des communautés d'autres groupes de faune du sol tels que les acariens et les mille-pattes (Coleman, 2008), les protozoaires (Bonkowski et Schaefer, 1997) et les familles AMF (Creamer et al., 2016). Leur effet sur la régulation de la qualité de l'air par l'effet sur les émissions de gaz à effet de serre n'est pas concluant (Blouin et al., 2013 Lubbers et al., 2013). L'activité des vers de terre est généralement bénéfique pour la régulation de l'eau et de l'érosion, par la création de terriers et l'amélioration de la structure du sol, entraînant une augmentation de l'infiltration d'eau, de la porosité du sol et de la capacité de rétention d'eau. En effet, une infiltration accrue des terriers de vers de terre peut diminuer l'érosion du sol jusqu'à 50 % et améliorer la porosité et l'infiltration du sol jusqu'à 30 cm de profondeur (Lavelle et al., 1997 Zeithaml et al., 2009 Blouin et al., 2013). Ces effets sont accrus par la diversité de la taille et de la disposition des terriers et des pores produits par différentes espèces et écotypes de vers de terre (Blouin et al., 2013). Les vers de terre anéciques dans les climats tempérés peuvent également augmenter la rugosité de la surface par la production de moulages, qui diminuent le ruissellement de surface. De telles espèces peuvent également exposer des zones de sol nu à l'érosion par l'élimination de la litière de feuilles pendant l'alimentation, mais cet effet n'a pas été démontré comme significatif (Hazelhoff et al., 1981 van Hooff, 1983).

Les relations entre la diversité des vers de terre et l'impact sur les services culturels sont généralement difficiles à évaluer car les espèces individuelles ne sont souvent pas distinguées dans la taxonomie populaire. En effet, dans de nombreux folklores et traditions, les espèces de vers de terre peuvent être regroupées avec d'autres vers de terre (Gamkrelidze et Ivanov, 1995 Sax, 2001). Néanmoins, Ulicsni et al. (2016) ont montré qu'une certaine reconnaissance des espèces de vers de terre existe même dans la compréhension populaire. Les communautés de vers de terre ont un impact positif sur l'enfouissement et la conservation des artefacts du patrimoine, comme outils d'éducation environnementale, comme appâts pour les poissons pour les loisirs ou dans la recherche médicale (Decaëns et al., 2006 Cooper et al., 2012 Blouin et al., 2013 ). Les vers de terre ont également été décrits comme des symboles de l'esthétique victorienne de la mort et de la décomposition (Sax, 2001) ou des objets de dégoût (Cooper et al., 2012).

Les effets de la faune du sol sur le cycle du carbone ont été décrits pour leur effet sur la décomposition de la litière, l'interaction avec d'autres groupes trophiques par le pâturage, la respiration et la minéralisation de composés riches en nutriments comme N ou P. De telles relations ont été trouvées pour les enchytréides (Swift et al., 1998 ), les collemboles (par exemple, Liiri et al., 2002 Kanters et al., 2015), les acariens (Heneghan et Bolger, 1998 Laakso et Setälä, 1999 Liiri et al., 2002) et les isopodes (par exemple, Vos et al., 2011 Collison et al., 2013). Dans leur revue, Nielsen et al. (2011) ont indiqué une relation positive entre la richesse des espèces et le cycle du carbone dans presque toutes les études où le gradient de diversité était faible (manipulant un seul groupe), tandis que de telles relations se sont produites moins fréquemment dans les études avec une plus grande richesse. Laakso et Setälä (1999) ont manipulé les communautés animales du sol dans une expérience avec des semis de bouleau et ont découvert que pour réduire la diversité de la faune du sol, en particulier des enchytréides, l'absorption d'azote par les plantes et le développement de la biomasse végétale étaient réduits. Dans une autre expérience avec le bouleau, en laboratoire, la diversité des collemboles et des acariens a affecté positivement la production primaire et l'absorption des nutriments des semis, mais seulement à l'extrémité pauvre du gradient de diversité (Liiri et al., 2002).

Comme décrit par Schröter et al. (2003), lorsque les rapports C:N du substrat sont relativement élevés, les bactéries immobilisent N, tandis que la faune, c'est-à-dire les amibes testatrices, les nématodes, les microarthropodes et les enchytréides, peut contrecarrer cette immobilisation de N. Coûteaux et al. (1991) ont montré pour les stades ultérieurs de décomposition de la litière, que le taux de minéralisation de la litière à haute teneur en C:N était lié à la diversité des réseaux trophiques et est devenu progressivement plus élevé avec la complexité croissante de la communauté animale jusqu'à un maximum d'environ 30 % au-dessus des contrôles. La revue de Rusek (1998) a reconnu que les Collemboles jouent un rôle important dans les processus de décomposition de la litière végétale et dans la formation de la microstructure du sol : ils se nourrissent de nombreux groupes fauniques et de litière végétale, sont l'hôte de plusieurs parasites et sont attaqués par des prédateurs de niveau trophique supérieur. La diversité des isopodes a affecté positivement, par le biais d'interactions avec d'autres faunes et champignons du sol, la formation de mull forestier (David et al., 1993) et les premiers stades de décomposition de la litière (Harrop-Archibald et al., 2016). Schaefer et Schauermann (1990) ont également démontré les taux de décomposition plus élevés dans les sols forestiers de mull présentant une plus grande diversité de faune du sol, par rapport aux espèces plus pauvres des sols forestiers modernes. Pour la faune du sol et le cycle de l'eau, seule l'étude de Laakso et al. (2000), pour une diversité croissante de microbi-détritivores, plus spécifiquement de nématodes, la capacité de rétention d'eau a été augmentée. Potapov et al. (2016) ont montré un effet positif de la diversité des collemboles sur les habitats de soutien dans une approche de niche trophique. Diversité au sein des communautés de collemboles (Ponge et al., 2003 Blasi et al., 2013 Urbanovičová et al., 2014 Reis et al., 2016), de nématodes (George et Lindo, 2015) et d'algues (Temraleeva et al., 2011) sont considérés comme de bons outils pour indiquer divers aspects de la qualité de l'environnement.

Dans l'ensemble, la faune du sol contribue de manière complexe à la fourniture de services écosystémiques basés sur le sol, et dans de nombreuses études, l'accent n'a pas été mis sur la diversité d'un groupe d'espèces mais plutôt sur une espèce clé à la fois. Il est réaliste de supposer que l'influence réelle de la diversité faunique du sol sur les services écosystémiques est beaucoup plus grande que ce qui a pu être trouvé dans la littérature scientifique jusqu'à présent. En particulier, par rapport aux services culturels, ceux-ci sont basés sur la perception populaire de la nature et de la taxonomie populaire, dans laquelle les espèces microscopiques sont « invisibles » et donc inexistantes (Hunn, 1999).

Protistes

Les études sur les communautés de protozoaires et leur diversité aident à comprendre l'histoire évolutive globale de la vie sur terre et les modèles et processus évolutifs (Mitchell et al., 2011 Heger et al., 2014). Plusieurs études ont étudié les protozoaires ciliés dans différents contextes de pH du sol (Foissner et al., 2005 Tikhonenkov et al., 2011 Domonell et al., 2013) et de composition des espèces forestières, y compris Fagus, Fraxinus, Populus, Salix, Prunus, Betula, Populus, Tilia, Quercus, et Pinus. Pour les différences observées dans la diversité des ciliés à travers les forêts, le nombre de protistes cultivables n'a pas augmenté, de sorte que la relation entre la diversité souterraine et les ressources génétiques a été qualifiée de neutre. Des relations positives entre la diversité des protozoaires et la production primaire, et le cycle des nutriments ou du carbone sont apparues dans plusieurs études. La production primaire de semis d'épinette de Norvège a augmenté en présence de protozoaires, notamment pour le système racinaire et en présence de mycorhizes (Bonkowski et al., 2001). Les protozoaires ont augmenté le renouvellement et la disponibilité de l'azote même si les semis d'épinette non mycorhiziens étaient apparemment incapables d'utiliser ces nutriments supplémentaires (Bonkowski et al., 2001). Le broutage par les amibes à testicules, parmi d'autres groupes fauniques, a contrecarré l'immobilisation de N par les bactéries se nourrissant de substrats à haute teneur en C:N et a ainsi affecté le cycle des nutriments de manière positive (Schröter et al., 2003). Les protozoaires, par rapport aux autres groupes fauniques, ont apporté la plus grande contribution à la minéralisation en C (Schröter et al., 2003). Coleman (1994) a soutenu que le pâturage des protozoaires stimule la minéralisation et la disponibilité subséquente des éléments nutritifs pour les plantes et, en raison de leur taux de renouvellement élevé, pourrait avoir un impact important sur les cycles de C et N dans le sol. Ainsi, les protistes peuvent améliorer le renouvellement global des nutriments et les taux de croissance des bactéries, ainsi que la décomposition de composés spécifiques (Adl et Gupta, 2006) et ainsi la diversité des protozoaires peut avoir un effet positif sur le cycle des nutriments et du carbone ou même la production primaire.

Le cadre MEA et les typologies alternatives

Le MEA (2005) a largement contribué à promouvoir le concept de services écosystémiques, en soulignant l'importance de l'environnement pour le bien-être humain actuel et futur. Néanmoins, le cadre MEA a été largement débattu, les études ultérieures mettant l'accent sur la nécessité d'une meilleure définition des concepts et de la terminologie (Boyd et Banzhaf, 2007 Fisher et al., 2009 Haines-Young et Potschin, 2010 TEEB, 2010). Dans un objectif de comptabilité environnementale, Boyd et Banzhaf (2007) ont insisté sur la distinction des biens dits intermédiaires et finaux, les biens intermédiaires pouvant être comptés deux fois s'ils contribuent également à la fourniture de biens finaux. Brown et al. (2007), dans le but de valoriser chaque service, distingue également les processus et fonctions des services, et les services des bénéfices. Ils ont en outre introduit dans leur approche économique le consentement à payer, le consentement à accepter une compensation, les notions de biens et services rivaux ou non, respectivement exclusifs et non exclusifs. Dans cette perspective, les fonctions ou les processus ne deviennent des services que s'il y a des humains qui en bénéficient (Fisher et al., 2009). En supposant que l'attribution d'une valeur monétaire aux composantes des écosystèmes qui contribuent au bien-être humain (services au sens économique du terme) permettrait de mieux protéger les écosystèmes de la Terre et la biodiversité associée, et de maintenir la capacité des écosystèmes à fournir des services (Brown et al., 2007). Plusieurs concepts ont été élaborés pour améliorer le cadre MEA, par exemple, The Economics of Ecosystem and Biodiversity (TEEB, 2010), l'évaluation intégrée des services écosystémiques et des compromis (Tallis et Polasky, 2009) ou la Classification internationale commune des services écosystémiques (Maes et al., 2016).

Haines-Young et Potschin (2010) ont représenté un cadre en cascade dans lequel les structures écologiques, par le biais de fonctions et de services, sont liées au bien-être humain. Dans le but d'affiner les définitions du cadre AME et d'éviter tout double comptage des services (en particulier les services supports), une organisation en trois catégories de services écosystémiques a été proposée comme alternative : approvisionnement, culturel et de régulation combinés à des services de maintenance. (Maes et al., 2013, 2016). La Notte et al. (2017) ont examiné la terminologie des SE et proposé de combiner le cadre en cascade avec une approche d'écologie du système, arguant que la distinction entre les services intermédiaires et finaux est trop réductrice. Dans leur classification des services écosystémiques dans les trois catégories d'approvisionnement, de régulation et d'entretien et de services culturels (La Notte et al., 2017 Tableau 3), ils ont développé une chaîne terminologique allant du cadre en cascade à la catégorie d'écologie des systèmes et comment chaque service pourrait être mieux évalué. Le cadre en cascade décrit les services comme 𠇋énéfices”, 𠇏onctions”, “services”, “structures biophysiques” ou “valeurs”, tandis que le cadre d'écologie des systèmes utilise les catégories “( bio)masse”, “interaction” ou “information”. Cette réorganisation en trois grandes catégories (Maes et al., 2013, 2016) au lieu de quatre (MEA, 2005) est peut-être plus claire pour les économistes, mais n'a pas réduit la variation terminologique, ni résolu comment attribuer une valeur monétaire à chacun des ces composantes de l'écosystème. Le nombre de différents services écosystémiques distingués dans les différentes études varie également considérablement. Il y avait 31 SE au total pour le MEA (2005), 22 pour les SE dits pédologiques dans l'Atlas européen pour la biodiversité des sols (Jeffery et al., 2010), 19 SE mais peu pour les cultures et supports dans le cadre SEQ (Maynard et al., 2010), 17 ES mais une seule pour les services culturels dans l'étude de Costanza et al. (1997), 48 au total dans la comparaison de La Notte et al. (2017 Tableau 3) et 37 dans cette étude en se concentrant sur la biodiversité souterraine. Des différences d'appréciation existent entre les études et peuvent également dépendre de l'objet de l'étude. Le contexte de décision pour l'utilisation du concept de SE est important ici (Fisher et al., 2009). La Notte et al. (2017) ont souligné que les évaluations écosystémiques peuvent être regroupées dans celles qui sont principalement bio-centrées (c'est-à-dire que les structures, processus et fonctions biophysiques liés à la sphère écologique sont considérés comme un tout dans le système comptable) et celles qui ont une dimension humaine approche (c'est-à-dire que seuls les composants qui sont pertinents pour l'utilisation finale par l'homme sont inclus dans le système de comptabilité).

Une critique du concept de SE est qu'une focalisation anthropocentrique exclut l'idée d'écosystèmes et de biodiversité comme étant intrinsèquement précieux (Science for Environment Policy, 2015), et même le capital naturel est un terme anthropique, alors qu'il n'y a aucune preuve que la monétisation profite à la biodiversité et à l'écosystème. (Silvertown, 2015). Ce dernier définit les services écosystémiques comme les biens et services utiles aux humains qui sont directement attribuables au fonctionnement écologique des écosystèmes, et distingue les valeurs de non-usage, les valeurs d'usage et les valeurs monétaires (Silvertown, 2015). Ici, nous avons ciblé l'inventaire des services écosystémiques associés à la biodiversité souterraine, de manière large (des processus et fonctions aux services/biens), sans pour objectif de permettre d'attribuer une valeur monétaire à chaque service, ni d'évaluer les coûts de substitution. de services perdus (sensu Brown et al., 2007 Tableau 2). Nous avons modifié le schéma de Scholes et al. (2010) pour illustrer comment la biodiversité est conceptuellement liée aux différents services et par conséquent au bien-être humain (Figure 6). À la suite de La Notte et al. (2017), il semble intéressant, dans le cas de la contribution de la biodiversité souterraine aux services écosystémiques, de distinguer la capacité de l'écosystème à fournir des services et son approvisionnement réel. Limiter les services écosystémiques à ceux décrits comme une « assurance écologique » ou ayant une « valeur économique » (Figure 6) semblerait trop réducteur.

Figure 6. Un schéma conceptuel des relations entre la biodiversité souterraine, les services écosystémiques et le bien-être humain (modifié de Scholes et al., 2010).

Nous sommes d'accord avec Silvertown (2015) que l'attribution d'un prix à un service est un choix moral et non un impératif économique et partageons sa crainte que l'utilisation des prix du marché puisse transformer un bien public en une source privée. Au-delà de cette affirmation relative au rôle du néolibéralisme dans l'écologie, nous convenons en outre avec Silvertown (2015) que le paiement des services écosystémiques est hautement artificiel, même si nous reconnaissons que l'utilisation de valeurs monétaires peut être un accroche-regard efficace pour sensibiliser (cf. Costanza et al., 1997). Les problèmes liés à l'attribution de prix aux services écosystémiques sont liés à la complexité des écosystèmes, ce qui rend difficile la séparation appropriée entre les services et avantages intermédiaires et finaux (Fisher et al., 2009), tandis que la production de services pourrait être spatialement ou temporellement différente de sa consommation par l'humanité. De nombreux services ne peuvent être mesurés directement ou manipulés expérimentalement (Cardinale et al., 2012) ceux associés à la biodiversité souterraine nous sembleraient en majorité non rivaux, et non exclusifs. Cela les rend moins susceptibles d'être incorporés dans un système d'évaluation monétaire et se traduit par une faible probabilité d'échange sur le marché pour la fourniture de services écosystémiques par la biodiversité souterraine. Par ailleurs, on sait peu de chose sur la valeur marginale de la biodiversité dans la fourniture de services écosystémiques (Cardinale et al., 2012) et le fait que les écologistes se concentreront en particulier sur les services écosystémiques intermédiaires (Birkhofer et al., 2015) n'y parviendra pas. facile d'améliorer notre compréhension. Globalement, du point de vue biocentré, nous pensons qu'il serait impossible de couvrir tous les services intermédiaires et finaux si une valeur financière devait être fixée. Par conséquent, attribuer une valeur monétaire aux services, à notre avis, n'est pas moralement et scientifiquement approprié, du moins pour notre portée d'évaluation des services écosystémiques associés à la biodiversité souterraine dans les sols forestiers.

Considérations générales

Certains services, comme la régulation de l'érosion, peuvent être classés à la fois comme un service de soutien et un service de régulation en fonction de l'échelle de temps et de l'immédiateté de leur impact sur les personnes (MEA, 2005), et cela a été décrit par de Bello et al. (2010) en tant que regroupement de services écosystémiques. Par conséquent, certaines études étaient valables pour plusieurs combinaisons. Néanmoins, pour la majorité des combinaisons de groupes de services écosystémiques et de biote du sol étudiées, nous n'avons trouvé aucune étude avec des résultats exploitables sur la relation entre la diversité souterraine du groupe et les services écosystémiques associés. Tant la recherche rationalisée (standardisée) de mots clés que les évaluations d'opinions d'experts supplémentaires n'ont donné lieu à aucune étude pour ces cas (374). Dans les 144 autres cas, les relations rencontrées étaient dans la grande majorité des cas (71 %) basées sur seulement 1 études par association, 14,5 % sur 4 études et 14,5 % sur plus de 8 études ou plus. Cela indique une prédominance du manque de connaissances ou des preuves limitées pour de nombreuses relations. Que cela reflète l'état des connaissances dans ce domaine, ou si notre étude a manqué des études pertinentes, cela pourrait dépendre de l'efficacité de notre approche par mots-clés. Notre analyse de sensibilité (sous-ensemble de quatre services écosystémiques parmi les 37 de la liste) utilisant un ensemble plus large de mots clés n'a donné que quelques études supplémentaires et celles-ci n'ont pas modifié le schéma des relations. Nous avons vérifié le biais potentiel des sources de double comptage pour plus d'un service et cela a montré un maximum de sept sources, indépendamment des échelles temporelles ou spatiales. Nous sommes donc confiants dans la pertinence de notre approche.

Les difficultés spécifiques qui surviennent dans nos investigations sur les services écosystémiques et la biodiversité concernent (i) les concepts à la fois de services écosystémiques et de biodiversité, (ii) l'orientation de la recherche des scientifiques et (iii) le système d'évaluation. La prise de conscience commune du concept de services écosystémiques (cadre MEA, publié en 2005) est assez récente et à ce titre les mots-clés décrivant un service écosystémique donné évoluent en permanence dans le temps, ce qui signifie que ces services n'ont pas toujours été décrits dans les travaux antérieurs. De la même manière, les études portant sur la perte de biodiversité étaient beaucoup plus rares il y a 10 ans qu'elles ne le sont aujourd'hui. En accord avec cela, la grande majorité des études utilisées dans notre travail (86%), a été publiée depuis l'an 2000. Les scientifiques se concentrent sur des aspects particuliers de la biodiversité, ou des espèces clés facilement identifiables dans leurs études, manipulant l'environnement dans certains cas , mais ne visent pas nécessairement à lier l'effet d'un gradient croissant (ou décroissant) de biodiversité sur les services écosystémiques. Le système d'évaluation des services écosystémiques, c'est-à-dire l'attribution de valeurs monétaires aux différents services fournis, n'est pas très bien développé pour tous les services et cela peut biaiser la recherche dirigée vers ces services avec des valeurs de marché établies (par exemple, ceux pertinents pour la production primaire) . Au niveau des services écosystémiques, nous nous attendions a priori à un plus grand nombre d'études sur les relations entre le biote du sol et les services d'approvisionnement et/ou de régulation. Cependant, pour les deux groupes, assez souvent des espèces cibles ou des espèces avec une plus grande taille corporelle ou avec une composition chimique spécifique étaient au centre des études. La présence ou l'absence de telles espèces montre leur rôle particulier dans la fourniture de services d'approvisionnement ou de régulation, mais pas le rôle de la biodiversité au sein du groupe de biote du sol concerné. Les services culturels, en revanche, sont généralement reconnus comme les moins étudiés, la majorité de ces services traitant des paysages ou des espèces clés, sous-tendant les services culturels individuels, mais s'étendant rarement à la biodiversité. Ce point de vue est étayé par nos résultats, suggérant des contributions bien étudiées de groupes de biotes du sol individuels, mais pas de la biodiversité globale du sol. De plus, dans le cas des Services culturels, il existe un fort biais régional induit par la culture locale. Ceci est particulièrement clair pour les champignons, pour lesquels il y avait un plus grand nombre d'articles de recherche examinant les avantages culturels (et les inconvénients) des champignons dans ces régions, qui sont qualifiées de « mycophiles » . Par rapport aux services de support, plus de relations ont été documentées que pour les services d'approvisionnement et de régulation, mais il n'est pas toujours facile de dire si un processus donné est purement un service de support, ou peut également être considéré comme un service d'approvisionnement ou de régulation.Par exemple, la formation du sol peut fournir une plate-forme pour les services d'approvisionnement, tandis que le cycle des nutriments, du carbone et de l'eau peut affecter la qualité de l'air des services de régulation, le changement climatique, le cycle de l'eau ou la régulation de l'érosion.

Par conséquent, l'intérêt des scientifiques pour ces domaines, ainsi que la terminologie utilisée pour décrire ces domaines, pourraient affecter les résultats et potentiellement conduire à une mise en évidence de nos résultats. Cependant, au sein de notre groupe d'experts, la proportion d'études qui n'ont pas été trouvées directement (mais ajoutées ultérieurement) était plutôt faible, et l'utilisation d'analyses de sensibilité n'a pas permis de trouver beaucoup plus d'études. Par conséquent, nous pensons que notre contribution reflète une véritable représentation des travaux publiés dans le contexte européen. Étant le groupe d'experts européens au sein du réseau COST, nous nous sommes concentrés sur les études en Europe uniquement, bien que certaines études non européennes aient été citées à titre de comparaison lorsque cela était pertinent.


Recruter

Fenêtre d'application

Date d'ouverture : 27 mai 2021

Date de la dernière révision : Mercredi 30 juin 2021 à 23h59 (heure du Pacifique)
Les candidatures reçues après cette date seront examinées par le comité de recherche si le poste n'a pas encore été pourvu.

Date finale : Vendredi 31 décembre 2021 à 23h59 (heure du Pacifique)
Les candidatures continueront d'être acceptées jusqu'à cette date, mais celles reçues après la date d'examen ne seront prises en considération que si le poste n'a pas encore été pourvu.

Descriptif du poste

Poste : Le département d'écologie et de biologie évolutive de l'UCLA maintient un bassin de candidats pour des postes d'enseignant. Le pourcentage d'emploi variera selon le nombre de cours enseignés. Les postes peuvent être des nominations à temps partiel à durée limitée ne dépassant pas un an sans autre recherche concurrentielle. Les candidatures seront acceptées sur une base continue et le pool restera actif pendant un an. L'examen des candidatures aura lieu au fur et à mesure que des postes seront disponibles et se poursuivra jusqu'à ce que les postes soient pourvus.

Tâches : Enseigner des cours magistraux, en laboratoire et/ou sur le terrain sur la biodiversité, d'autres sujets au besoin planifier et coordonner des activités de discussion pour plusieurs sections de cours ;

Diplômes : doctorat diplôme en sciences biologiques expérience démontrée de l'enseignement de premier cycle au niveau universitaire expérience de l'enseignement en laboratoire des sciences biologiques expertise démontrée dans l'étude de la biodiversité. Niveau de nomination et salaire en rapport avec les qualifications, l'expérience et les fonctions.

Candidature: Les candidats doivent soumettre leur matériel en ligne, y compris leur curriculum vitae, une lettre de motivation qui doit inclure 1) les sujets les plus confortables/expérimentés et, le cas échéant, mentionner les cours spécifiques du catalogue général de l'UCLA répertorié sur http://www.registrar.ucla .edu/Academics/Course-Descriptions/Course-Details?SA=EE+BIOL&ampfunsel=3 2) si vous êtes intéressé par l'année universitaire et quels trimestres ou enseignement d'été ou les deux 3) déclaration écrite des intérêts et des antécédents de l'enseignement et 4) les noms, adresses et numéros de téléphone de trois références.

Candidature : les candidats doivent soumettre leurs documents en ligne https://recruit.apo.ucla.edu/apply/JP06497

L'Université de Californie est un employeur d'égalité des chances / d'action positive. Tous les candidats qualifiés seront pris en considération pour un emploi sans distinction de race, de couleur, de religion, de sexe, d'origine nationale, de handicap, d'âge ou de statut de vétéran protégé. Pour la politique complète de non-discrimination et d'action positive de l'Université de Californie, voir : Politique d'action positive de non-discrimination et d'action positive de l'UC (http://policy.ucop.edu/doc/4000376/NondiscrimAffirmAct )

Qualifications

doctorat diplôme en sciences biologiques expérience démontrée de l'enseignement de premier cycle au niveau universitaire expérience de l'enseignement en laboratoire des sciences biologiques expertise démontrée dans l'étude de la biodiversité. Niveau de nomination et salaire en rapport avec les qualifications, l'expérience et les fonctions.

Exigences d'application

Curriculum Vitae - Votre C.V. le plus récemment mis à jour.

Énoncé de recherche (facultatif)

Énoncé de l'enseignement (facultatif)

Déclaration sur les contributions à l'équité, à la diversité et à l'inclusion - Une déclaration EDI décrit les contributions passées, présentes et futures (prévues) d'un candidat à l'équité, à la diversité et à l'inclusion. Pour en savoir plus sur la façon dont l'UCLA considère les contributions à l'équité, à la diversité et à l'inclusion, veuillez consulter notre exemple de guide pour les candidats et le document FAQ de la déclaration EDI connexe.
(Optionnel)

Divers / Supplémentaire (Optionnel)

Informations sur le campus

L'Université de Californie est un employeur d'égalité des chances et d'action positive. Tous les candidats qualifiés seront pris en considération pour un emploi sans distinction de race, de couleur, de religion, de sexe, d'orientation sexuelle, d'identité de genre, d'origine nationale, de handicap, d'âge ou de statut d'ancien combattant protégé. Pour la politique complète de non-discrimination et d'action positive de l'Université de Californie, voir : Politique de non-discrimination et d'action positive de l'UC.

L'Université de Californie à Los Angeles est un employeur d'égalité des chances et d'action positive. Vous avez droit à l'égalité des chances en matière d'emploi.

Pour plus d'informations sur vos droits, consultez le supplément EEO is the Law

L'Université de Californie à Los Angeles s'engage à fournir des aménagements raisonnables aux candidats handicapés.

Voir notre Jeanne Clery Divulgation of Campus Security Policy et Campus Crime Statistics Act Annual Security Reports


Résultats

Nous avons récupéré un total de 218 899 enregistrements d'occurrence d'espèces, avec une médiane de 2 844 enregistrements par groupe d'étude et 10 enregistrements par espèce (tableau 3, annexe S1). Nous avons obtenu la plupart des enregistrements pour Dipsadidae (64 249) et le moins pour Thozetella (51). L'espèce avec le plus de mentions était Harengula jaguana (19,878).

Sommaire les erreurs Inapte
Taxon Nombre total d'enregistrements Fraction signalée [%] Erreur de fraction [%] Fraction impropre [%] Institutions de la biodiversité [%] Superficie mer/terre [%] Zéros [%] Majuscules [%] Doublons [%] Centroïdes politiques [%] Zones urbaines [%] Base d'enregistrement [%] Année de collecte [%] Précision des coordonnées [%] Id-niveau [%] Nombre individuel [%]
Diogenidae 13,840 68.7 44.3 38.2 0.0 44.3 0.0 0.7 33.8 0.2 1.3 1.7 2.5 0.0 0.0 0.0
Entomobryidés 2,767 90.3 0.1 90.3 0.1 0.0 0.0 0.1 85.5 0.0 70.1 72.9 2.0 0.0 72.1 0.0
Neanuridés 689 66.9 0.0 66.9 0.0 0.0 0.0 0.0 62.4 0.0 2.0 2.9 1.3 0.0 0.0 0.0
Tityus 1,018 55.2 0.5 54.9 0.5 0.0 0.0 1.2 43.5 0.1 6.9 7.0 0.4 1.8 1.6 0.0
Arhynchobatidae 14,633 38.5 3.8 37.4 0.0 3.8 0.0 0.0 35.4 0.0 1.9 1.7 1.3 0.0 0.9 0.0
Dipsadidés 64,249 57.7 0.3 57.6 0.3 0.0 0.0 1.8 46.3 0.4 8.5 5.6 11.3 0.8 0.0 0.1
Harengula 36,697 31.0 5.5 27.8 0.0 5.5 0.0 0.2 27.0 0.1 0.2 1.0 0.4 0.0 0.3 0.0
Thozetella 51 35.3 23.5 29.4 0.0 23.5 0.0 0.0 27.5 0.0 2.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
Conchocarpe 1,551 43.2 0.5 42.9 0.1 0.4 0.0 0.0 39.6 0.9 2.3 0.5 1.9 0.1 0.0 0.0
Gaylussacie 3,998 47.2 0.1 47.1 0.1 0.1 0.0 3.2 41.8 1.1 5.2 0.7 4.4 0.6 0.0 0.0
Harpalyce 870 33.1 0.0 33.1 0.0 0.0 0.0 1.0 26.0 1.3 3.8 0.5 5.5 0.7 0.0 0.9
Iridacées 23,127 33.6 0.5 33.5 0.4 0.1 0.0 1.0 17.1 0.4 12.3 0.9 4.7 0.1 0.0 1.3
Lepismium 825 29.7 0.0 29.7 0.0 0.0 0.0 0.1 21.9 0.1 7.8 0.0 2.1 0.0 0.0 0.0
Océphale 883 49.3 0.0 49.3 0.0 0.0 0.0 6.1 41.9 0.8 13.3 0.0 0.7 0.3 0.0 0.1
Pilosocereus 1,940 25.9 0.2 25.9 0.2 0.0 0.0 0.5 16.8 0.5 2.1 1.8 7.0 0.0 0.0 0.9
Prothèse 6,617 31.5 0.1 31.5 0.0 0.0 0.1 0.4 19.6 1.7 0.9 5.0 8.3 0.1 0.0 0.2
Tillandsia 42,222 35.3 0.4 35.2 0.3 0.0 0.0 0.7 19.8 0.7 9.2 4.9 5.1 0.1 0.0 1.0
Tocoyena 2,922 37.6 0.3 37.4 0.0 0.2 0.0 0.8 32.3 0.8 5.0 0.1 1.9 0.2 0.0 0.5
Le total 218,899 44.3 4.2 41.7 0.2 4.0 0.0 1.0 32.3 0.4 7.1 4.2 5.6 0.3 1.0 0.4

Nos tests automatisés ont filtré au total 97 004 enregistrements (Fig. 2, erronés : 9 254, inaptes : 91 298), avec une médiane de 45 % par groupe (erronés : 0,3 %, inaptes : 37,4 %). Dans l'ensemble, le test le plus important concernait les enregistrements dupliqués (en moyenne 35,5 % par groupe taxonomique). Les étapes de filtrage basées sur les métadonnées d'enregistrement qui ont filtré le plus grand nombre d'enregistrements étaient la base des enregistrements (5,9 %) et l'année de collecte (3,4 %). Les tests automatisés les plus importants concernaient la zone urbaine (8,6%) et la présence à partir des enregistrements de taxons terrestres dans la mer et les taxons marins sur terre (4,3%, voir le tableau 3 et l'annexe S1 dans le supplément électronique pour plus de détails et les nombres absolus ). Seuls quelques enregistrements ont été filtrés par la précision des coordonnées, les coordonnées zéro et les tests des institutions de biodiversité (Fig. 3).

Figure 2 : Le nombre absolu d'enregistrements signalés comme erronés ou inappropriés par des filtres géographiques automatisés dans un ensemble de données de 18 taxons néotropicaux comprenant des animaux, des champignons et des plantes, tracés dans une grille de 100 × 100 km à travers les néotropiques (projection de Behrmann).

Figure 3 : Emplacement géographique des enregistrements d'événements signalés par les tests automatisés appliqués dans cette étude.

Les Entomobryidae, Diogenidae et Neanuridae avaient la fraction la plus élevée d'enregistrements filtrés (tableau 3). En général, les différents filtres que nous avons testés étaient d'importance similaire pour différents groupes d'étude. Il y a eu peu d'exceptions notables, y compris les proportions particulièrement élevées d'enregistrements filtrés par le « test de la base d'enregistrement » pour Tityus (7,0%), Dipsadidae (5,6%), Prothèse (5,0%) et Tillandsia (4,9%), par l'année de collecte pour les Dipsadidae (11,3%), par le niveau d'identification taxonomique pour Tityus (1,6%), par les coordonnées de la capitale pour Océphale (6,1%) et Gaylussacie (3,2%), par le test mer/terre pour les Diogenidae et Thozetella, et par le test des zones urbaines pour Océphale (13,3%) et Iridacées (12,3%). En outre, les Entomobryidae différaient considérablement de tous les autres taxons d'étude avec un nombre exceptionnellement élevé d'enregistrements filtrés par les tests de « base d'enregistrement », de « niveau d'identification » et de « zones urbaines ».

Géographiquement, les enregistrements filtrés par les tests de « base d'enregistrement » et de « dénombrement individuel » étaient concentrés en Amérique centrale et dans le sud de l'Amérique du Nord, et un nombre relativement élevé d'enregistrements ont été filtrés en raison de leur proximité avec les centroïdes des entités politiques. Îles des Caraïbes (Fig. 3). Voir l'annexe S2 pour les cartes de la richesse des espèces utilisant les données brutes et nettoyées pour tous les groupes d'étude.

Nous avons trouvé des évaluations de l'UICN pour 579 espèces qui ont également été incluses dans nos données de répartition de 11 de nos groupes d'étude (tableau 4, annexe S3). La fraction d'espèces évaluées variait parmi le groupe d'étude, avec un maximum de 100 % pour Harengula et Lepismium et un minimum de 2,3 % pour les Iridacées (à noter que le nombre total d'espèces variait considérablement d'un groupe à l'autre). Le pourcentage médian d'espèces par groupe d'étude avec une évaluation de l'UICN était de 15 %. Au total, 102 espèces ont été répertoriées comme Menacé par la Liste rouge mondiale de l'UICN (CR = 19, EN = 40, VU = 43) et 477 comme Non menacé.

Nous avons obtenu des évaluations de conservation automatisées pour 2 181 espèces dans l'ensemble de données filtré. Sur la base des données filtrées, l'évaluation automatisée de la conservation a évalué 1 382 espèces comme potentiellement menacées (63,4 %, CR = 495, EN = 577, VU = 310, voir l'annexe S3 pour les évaluations de toutes les espèces). L'évaluation automatisée basée sur l'ensemble de données filtré concorde avec l'évaluation de l'UICN pour identifier les espèces comme potentiellement menacées (CR, EN, VU) pour 358 espèces (64 % Tableau 4). Le filtrage a réduit l'EOO de 18,4% et l'AOO de 9,9% sur la médiane par groupe. Pour l'ensemble de données brutes, l'accord avec l'UICN était plus élevé à 381 espèces (65,7 %).

UICN GBIF brut GBIF filtré
Taxon m taxons Évalué [%] Menacé [%] m taxons Menacé [%] Correspondance avec l'UICN [%] m taxons Menacé [%] Correspondance avec l'UICN [%] Changement EOO par rapport au brut [%] Changement AOO par rapport au brut [%]
Arhynchobatidae 37 51.3 17.9 39 35.9 45.0 39 41.0 40.0 −32.7 −18.5
Dipsadidés 520 68.0 8.8 638 58.3 63.0 598 59.9 61.2 −2.3 −15.6
Harengula 4 100.0 0.0 4 0.0 100.0 4 0.0 100.0 −38.0 −36.9
Conchocarpe 4 8.7 0.0 46 63.0 100.0 45 62.2 100.0 −15.3 −7.1
Gaylussacie 2 3.3 0.0 61 59.0 50.0 58 60.3 50.0 −22.5 −8.6
Harpalyce 3 15.0 5.0 20 65.0 66.7 17 58.8 50.0 −18.4 −16.5
Iridacées 13 2.3 0.2 531 64.4 50.0 466 62.9 62.5 −18.2 −12.3
Lepismium 6 100.0 0.0 6 16.7 83.3 6 16.7 83.3 −33.9 −7.9
Pilosocereus 41 80.9 19.1 47 55.3 73.7 46 56.5 71.1 −8.5 −5.8
Tillandsia 54 11.6 6.0 464 61.4 85.2 453 62.7 83.3 −13.7 −9.9
Tocoyena 3 13.6 4.5 22 31.8 66.7 21 38.1 66.7 −23.0 −9.5

Une théorie macroécologique de la biodiversité microbienne

Les micro-organismes sont les organismes les plus abondants, les plus divers et les plus importants sur le plan fonctionnel sur Terre. Au cours de la dernière décennie, les écologistes microbiens ont produit les plus grands ensembles de données communautaires jamais créés. Cependant, ces données sont rarement utilisées pour découvrir des modèles de banalité et de rareté semblables à des lois, tester les théories de la biodiversité ou explorer des explications unificatrices de la structure des communautés microbiennes. À l'aide d'une compilation à l'échelle mondiale de >20 000 échantillons d'écosystèmes environnementaux, d'ingénierie et liés à l'hôte, nous testons la puissance de théories concurrentes pour prédire les distributions de l'abondance microbienne et les lois d'échelle de la diversité et de l'abondance. Nous montrons que ces modèles sont mieux expliqués par l'interaction synergique des processus stochastiques qui sont capturés par la dynamique lognormale. Nous démontrons que la dynamique lognormale a un pouvoir prédictif à toutes les échelles d'abondance, un critère essentiel à la théorie de la biodiversité. En comprenant la nature multiplicative et stochastique des processus écologiques, les scientifiques peuvent mieux comprendre la structure et la dynamique des systèmes écologiques les plus vastes et les plus divers de la Terre.

Un objectif central de l'écologie est d'expliquer et de prédire les modèles de biodiversité à travers des taxons éloignés sur le plan de l'évolution et des échelles d'abondance 1–4. Au cours du siècle dernier, cette entreprise s'est concentrée presque exclusivement sur les plantes et les animaux macroscopiques, accordant peu d'attention aux organismes les plus abondants et les plus diversifiés sur le plan taxonomique, fonctionnel et métabolique sur Terre : les micro-organismes 1–4. Cependant, les efforts déployés à l'échelle mondiale pour cataloguer la diversité microbienne dans les écosystèmes environnementaux, artificiels et liés à l'hôte ont créé une opportunité de comprendre la biodiversité à l'aide d'une échelle de données qui dépasse de loin les plus grands ensembles de données macrobiennes 5 . Alors que la banalité et la rareté dans les systèmes microbiens ont été de plus en plus étudiées au cours de la dernière décennie, de tels modèles sont rarement étudiés dans le contexte de relations unifiées qui sont prévisibles selon les principes généraux de la biodiversité.


Voir la vidéo: BIOLOGIE - Ecosystèmes marins planctoniques, biodiversité et climat. (Septembre 2022).


Commentaires:

  1. C'est un message très précieux

  2. Dukazahn

    C'est dommage, que maintenant je ne peux pas exprimer - je me dépêche au travail. Mais je reviendrai - j'écrirai forcément ce que je pense.

  3. Evrard

    comme une boîte à crêpes, ça s'usera à mort

  4. Zulkisar

    Tout à fait juste! Exactement.

  5. Montay

    Sujet sans match, c'est très agréable pour moi)))))



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