La surprenante biodiversité végétale des zones sèches et pâturées

Le surprenant biodiversité végétale dans zones sèches et brouté. Une étude internationale avec la participation du CSIC montre que, contrairement à ce que l'on croyait, les zones sèches et pâturées sont des réservoirs de diversité végétale. Cela peut même augmenter avec l'aridité. La flore de ces écosystèmes inhospitaliers développe des stratégies d'adaptation uniques pour assurer leur survie.

Quatre instituts du CSIC ont participé à la première recherche mondiale sur le diversité phénotypique et fonctionnel des plantes dans les zones arides et pâturées. Après avoir analysé plus de 1 300 séries d'observations de plus de 300 espèces des plantes, les résultats montrent que les plantes des zones arides adoptent des stratégies d'adaptation différentes et que, de manière surprenante, cette diversité augmente avec le niveau d'aridité.

Cette étude, publiée dans la revue Natureapporte un nouvel éclairage sur notre compréhension de l'adaptation des plantes à habitats extrêmesla colonisation historique du sols dans les environnements terrestres et leur capacité à répondre aux changements globaux.

Des chercheurs de l'Institut des ressources naturelles et d'agrobiologie de Séville (IRNAS), de l'Institut des sciences agraires (ICA), de l'Institut pyrénéen d'écologie (IPE) et de la Mission biologique de Galice (MBG) ont fait partie d'équipes scientifiques composées de 120 chercheurs de 27 pays qui, depuis huit ans, ont analysé des centaines de parcelles dans des zones arides sur six continents pour comprendre comment les plantes présentes dans ce type d'écosystème se sont adaptées aux habitats extrêmes.

Les résultats indiquent que l'isolement de ces plantes dans les zones les plus arides de la planète semble réduire la compétition entre les espèces et, par conséquent, une diversité unique de formes et de fonctions est générée dans le monde entier, double de la diversité trouvée dans les zones plus tempérées.

zones arides

La Terre abrite une diversité de plantes aux formes et fonctions très variées. Cette extraordinaire diversité morphologique, physiologique et biochimique détermine la façon dont les plantes s'adaptent et réagissent aux changements globaux en cours, avec des conséquences importantes sur le fonctionnement des écosystèmes.

Or, 90 % des connaissances actuelles sur la diversité fonctionnelle des plantes se réfèrent uniquement aux écosystèmes agricoles et aux zones tempérées. En revanche, les zones arides, qui représentent 45 % de la surface terrestre, restent sous-représentées dans les données. Ces zones importantes sont menacées par l’aridité croissante, la pression du pâturage et la désertification.

Face à cette situation, les experts soulignent la nécessité de comprendre comment les plantes réagissent à de telles pressions avant de pouvoir établir l'évolution future possible de ces écosystèmes fragiles en termes de biodiversité et de fonctionnement. Pour répondre à ce besoin urgent, une équipe internationale a mené les premières recherches au monde sur la diversité fonctionnelle des plantes dans les zones arides.

Après avoir élaboré un protocole d'échantillonnage standardisé, le personnel scientifique a collecté et traité des échantillons de 301 espèces de plantes trouvés dans 326 parcelles représentatives de tous les continents (sauf l'Antarctique) pour caractériser la diversité fonctionnelle de ces zones, ce qui donne un total de 1 347 ensembles complets d'observations de caractères.

Une attention particulière a été portée à la diversité des éléments chimiques et oligo-éléments (tels que l'azote, le phosphore, le calcium, le magnésium et le zinc) présents dans les plantes, car ces caractères, souvent méconnus, ont une forte influence sur leur fonctionnement. Au total, l'étude a inclus plus de 130 000 mesures des caractéristiques individuelles des plantes.

L'isolement géographique génère de la diversité

Une hypothèse clé au début de l'étude était que l'aridité réduisait la diversité végétale par sélection, ne laissant que les espèces capables de tolérer la pénurie d'eau extrême et le stress thermique.

Cependant, cette étude a révélé que l'inverse est vrai dans les prairies les plus arides de la planète, où les plantes présentent un large éventail de stratégies d'adaptation individuelles.

« Ces résultats remettent en question le paradigme selon lequel les environnements abiotiques difficiles sélectionnent un ensemble limité de valeurs de traits et réduisent la diversité », note-t-il. Place Césarco-auteur de l'étude.

Par exemple, certaines plantes ont développé des niveaux riche en calciumrenforçant les parois cellulaires comme protection contre dessiccation. D'autres contiennent de fortes concentrations de sel, ce qui réduit la transpiration.

Bien que moins d’espèces soient observées à l’échelle locale que dans d’autres régions de la planète (en zones tempérées ou tropicales), les plantes des zones arides présentent une extraordinaire diversité de formes, de tailles et de fonctionnement, deux fois plus grande que dans les zones climatiques plus tempérées.

Cette augmentation de la diversité des caractères se produit brusquement au moment où les volumes de précipitations tombent en dessous du Seuil annuel de 400 mm. C’est aussi le seuil établi pour une diminution prononcée du couvert végétal et l’apparition de grandes surfaces de sol nu.

Pour expliquer ce phénomène, les auteurs de l'étude suggèrent que la perte de couverture végétale conduit au « syndrome de solitude des plantes », où un plus grand isolement et moins de compétition pour les ressources produisent des degrés élevés d'unicité des traits et de diversité fonctionnelle qui sont globalement exceptionnels.

Cette diversité adaptative pourrait également refléter des histoires évolutives complexes remontant à la colonisation initiale des habitats terrestres par les plantes plus que 500 millions des années où ces habitats présentaient des conditions extrêmes pour les organismes vivants.

« Cette étude révèle l’importance des zones arides en tant que réservoir mondial de diversité fonctionnelle végétale », conclut-il. Manuel Delgado-Baquerizochercheur à l'IRNAS et co-auteur de l'étude.