Un aperçu de la riche diversité végétale de la forêt atlantique brésilienne. Gui Becker, CC BY-SA
Il semble que chaque jour, les scientifiques rapportent des conséquences plus désastreuses du changement climatique sur les animaux et les plantes du monde entier. Oiseaux qui sont migrer plus tard dans l'année ne trouve pas assez de nourriture. Les plantes sont floraison avant leurs insectes pollinisateurs éclosent. Les espèces de proies ont moins d'endurance pour échapper aux prédateurs. En bref, les changements climatiques qui affectent un organisme sont susceptibles de déclencher des effets d'entraînement qui peuvent perturber la structure et le fonctionnement d'écosystèmes entiers.
L'un des éléments de la santé animale qui reflète largement le milieu environnant est le microbiome, le consortium de microbes maintenant connu pour aider à la digestion des aliments, réguler le système immunitaire et se protéger contre les agents pathogènes. Les espèces de bactéries qui composent le microbiome sont principalement recrutées dans l'environnement. Ainsi, les réseaux trophiques et autres interactions animales qui influencent les bactéries environnementales ont le potentiel de façonner les microbiomes des animaux.
Mais que se passe-t-il lorsque le changement climatique perturbe l'environnement, provoquant des changements dans les microbiomes des animaux qui empêchent les microbes de remplir les fonctions clés dont les animaux ont besoin pour survivre et prospérer?
Je suis écologiste dans le laboratoire de Gui Becker spécialisée dans la recherche tropicale à l'intersection des maladies émergentes des amphibiens et du changement climatique. Des centaines d'amphibiens à travers les tropiques du monde sont confrontés à des pressions croissantes dues aux maladies et au changement climatique. Et il est de plus en plus évident que les facteurs de stress environnementaux modifient les microbiomes des animaux, contribuant ainsi aux défis auxquels ils sont confrontés.
Construire un écosystème
Dans un expérience récente Conçu pour comprendre comment le microbiome des têtards était influencé par d'autres espèces animales dans l'environnement, mes collègues et moi avons étudié des communautés saines de bactéries, crustacés et insectes d'eau douce des habitats des zones humides de la forêt atlantique brésilienne. Nous nous sommes concentrés sur leurs activités d'alimentation - comment ils filtraient l'eau pour obtenir leur nourriture et décomposaient les végétaux morts.
Il est bien connu que ces activités d'alimentation sont essentielles pour les fonctions de l'écosystème telles que la décomposition. Mais nous avons constaté que ces réseaux trophiques avaient également un autre objectif: ils stimulaient la croissance de «bonnes» espèces bactériennes dans l'environnement, comme les espèces qui combattent les microbes pathogènes.
En conséquence, les têtards partageant l'écosystème avec ces micro-organismes et invertébrés avaient des microbiomes intestinaux plus sains. Cela a fourni une défense solide contre les agents pathogènes, par rapport aux têtards qui ne partageaient pas leur habitat avec divers réseaux d'organismes.
Notre dernier travail a poussé cette recherche un peu plus loin en testant comment une perturbation telle que le réchauffement climatique pourrait influencer ces réseaux trophiques qui contribuent à assurer la santé des microbiomes des vertébrés dans la nature.
La cartographie des interactions entre les espèces dans divers écosystèmes est difficile dans des conditions de terrain, où l'environnement est imprévisible, et la réplication des expériences pour confirmer les résultats est difficile.
Pour résoudre ce problème, nous avons utilisé des plantes de la famille des broméliacées pour fonctionner comme des mini-écosystèmes afin que mes collègues et moi puissions étudier les effets du réchauffement climatique sur les interactions entre les espèces dans les conditions plus contrôlées d'un laboratoire.
Les feuilles étroitement verticillées de plantes de broméliacées constituent un mini-aquarium pour les têtards, les invertébrés et les micro-organismes. Sasha Greenpan, CC BY-SA
Les broméliacées sont idéales pour les travaux expérimentaux sur les interactions communautaires car ce sont des microcosmes naturels et leurs petites dimensions nous permettent d'en cultiver beaucoup dans un petit espace. Nos sites d'étude dans les forêts tropicales du Brésil supportent des densités extrêmement élevées de broméliacées du sol à la canopée, ressemblant souvent à un pays des merveilles du Dr Seussian.
Pour recréer des écosystèmes naturels pour notre expérience, nous avons planté un jardin de 60 broméliacées identiques en extérieur à l'ombre d'une petite forêt tropicale à São Paulo, Brésil. Nous avons ensuite permis aux broméliacées d'être naturellement colonisées par des invertébrés et des microorganismes pendant trois mois. Certaines des plantes ont été exposées à des températures ambiantes, et d'autres ont été chauffées jusqu'à six degrés au-dessus de la température ambiante - avec un système de chauffage extérieur personnalisé - pour correspondre aux tendances mondiales prévues du changement climatique.
À proximité, nous avons collecté nos espèces hôtes modèles pour l'expérience - les têtards de l'espèce rainette Ololygone perpusille qui se reproduisent uniquement dans les mini-aquariums créés par les feuilles de broméliacées.
Nous avons ensuite transféré les broméliacées de l'extérieur vers le laboratoire, ajouté un têtard à la minuscule piscine d'eau au centre de chaque plante et appliqué le même système de chauffage pour simuler le réchauffement. Après quelques semaines, nous avons inventorié les espèces bactériennes présentes dans les intestins des têtards ainsi que les bactéries et les espèces d'invertébrés vivant dans les broméliacées.
Mise en place de l'expérience avec 60 broméliacées et un système de chauffage personnalisé. Gui Becker, CC BY-SA
Les effets domino du changement climatique
dans cette étude, publié dans Nature Climate Change, nous avons constaté que les effets du réchauffement sur les réseaux communautaires écologiques - y compris les bactéries environnementales, les vers, les larves de moustiques et autres invertébrés aquatiques - compromettaient la flore intestinale des têtards, entraînant une croissance réduite, ce qui est un indicateur de la forme physique.
La santé des microbiomes intestinaux des têtards était spécifiquement liée aux changements dans la communauté des bactéries aquatiques et des invertébrés vivant aux côtés des têtards dans les broméliacées. Autrement dit, le réchauffement a favorisé la croissance et la reproduction de certaines espèces de bactéries et d'invertébrés et en a inhibé d'autres, et ces changements environnementaux ont perturbé le microbiome intestinal des têtards.
Les températures plus élevées ont également accéléré le développement des larves de moustiques filtreurs. Nos résultats suggèrent que des taux plus élevés d'alimentation par filtration ont également modifié la composition en espèces des bactéries dans l'environnement de manière à perturber davantage le microbiome des têtards.
En fait, la croissance des têtards - un indicateur de la santé de l'espèce - était plus fortement associée aux changements induits par le réchauffement dans leurs microbiomes intestinaux qu'aux effets directs du réchauffement sur la croissance qui sont attendus chez les animaux à sang froid comme les têtards ou aux effets du réchauffement sur les ressources alimentaires algales des têtards.
Notre travail démontre comment le changement climatique à l'échelle mondiale peut avoir un impact même sur les plus petits niveaux d'organisation biologique, y compris les bactéries symbiotiques vivant dans le tube digestif d'une petite espèce de grenouille.
Examiner ces processus dans le contexte de toute une communauté écologique contribue à élargir notre perspective sur la santé du microbiome dans le contexte du changement global.
ÉTUDES l'étude des effets du réchauffement sur les microbiomes des vertébrés se concentre généralement sur les réponses directes de la température de la flore hôte plutôt que sur la localisation des hôtes au sein des communautés complexes et entrelacées où ils vivent à l'état sauvage.
Nos résultats soutiennent un consensus croissant parmi les scientifiques selon lequel, alors que le réchauffement climatique devrait pousser certains animaux au-delà de leurs seuils thermiques, une conséquence beaucoup plus omniprésente du réchauffement est qu'il peut déclencher un effet domino écologique, perturbant les interactions entre les espèces dont les écosystèmes ont besoin pour fonctionner correctement.
A propos de l'auteur
Sasha Greenspan, associée de recherche, Université de l'Alabama
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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