En ce qui concerne la survie des graines, les arbres ont des amis et des ennemis dans un processus connu sous le nom de mastification.

Des défis sans précédent tels que les incendies de forêt, les maladies, les sécheresses et la déforestation confrontent les forêts du monde entier. La survie de ces vastes habitats dépend des graines et de leur capacité à repousser.

Dans cette entreprise, un processus connu sous le nom de «mâtage» joue un rôle central. La mâture est le cycle imprévisible d’expansion et de ralentissement de la production de semences.

Pour la première fois, une équipe internationale de scientifiques a examiné l’équilibre complexe entre la défense des graines, la dispersion des graines et le processus de mastification à l’échelle mondiale. La recherche, basée sur des millions d’observations d’arbres, est publiée dans la revue scientifique Nature Plants.

Les graines, les fruits et les noix, qui sont riches en glucides, en lipides et en protéines, font partie des aliments végétaux de la plus haute qualité dans la nature. L’auteur principal de l’étude, Tong Qiu, professeur adjoint au Penn State’s College of Agricultural Sciences, a expliqué cette dynamique.

Étudier la survie des graines et la mastification

Qui a dit que lorsqu’il y a une grande récolte de semences, les consommateurs tels que les oiseaux, les écureuils et les insectes prospèrent. Cela est dû à l’approvisionnement alimentaire abondant. Cependant, lors des années de faible production de graines suite à une mâture, ces populations animales peuvent être confrontées à des difficultés. Cela pourrait entraîner un déclin de la population.

« Dans le même temps, certaines graines qui ne sont pas consommées pendant l’année du mât peuvent germer et devenir de nouveaux arbres, ce qui peut entraîner une augmentation du nombre d’arbres, affectant la croissance globale de la forêt et l’habitat d’autres créatures », a déclaré Qiu.

Une compréhension globale des modèles de mâture est donc vitale pour que les aménagistes forestiers dirigent efficacement leurs efforts de conservation. Ils choisissent parfois de planter manuellement des graines. D’autres fois, ils mettent en œuvre des mesures pour protéger les populations animales en difficulté pendant les années de production de semences maigres.

Les chercheurs ont été intrigués par l’impact des cultures de semences erratiques. Tout en gardant les prédateurs de graines à distance, comment cela affecte-t-il les disperseurs de graines et la survie des graines qui sont nécessaires pour une germination réussie.

Ils ont émis l’hypothèse que si la production imprévisible de graines, qui déjoue les « ennemis » d’un arbre, avait également un impact négatif sur leurs alliés disperseurs et la survie des graines, alors les espèces d’arbres fortement dépendantes des disperseurs animaux pourraient devoir abandonner cette stratégie défensive.

Trois éléments critiques de l’étude

« Lorsque les arbres ont de grandes fluctuations dans la production de graines, prennent beaucoup de temps entre les années à forte production de graines et produisent tous beaucoup de graines en même temps, les prédateurs peuvent être submergés », explique Qiu.

« Nos recherches ont révélé que la mâture repose sur trois aspects critiques qui affectent à la fois les amis et les ennemis des arbres, les disperseurs de graines et les prédateurs de graines. »

Ces trois éléments critiques comprennent la volatilité, qui indique le degré de fluctuation de la production de semences d’une année à l’autre. La périodicité, qui reflète l’intervalle de temps entre les années de forte production de semences. Enfin, la synchronicité, qui dénote la tendance commune où de nombreux arbres produisent de grandes récoltes de semences au cours des mêmes années.

Réseau Mast Inférence et Prévision, ou MASTIF

Malgré les éclaircissements apportés par ces éléments, l’explication de la mâture n’est pas tout à fait simple. L’auteur principal James Clark, professeur de sciences de l’environnement à l’Université Duke, a aidé à expliquer. Il a développé le réseau Mast Inference and Forecasting, ou MASTIF.

Le professeur Clark suggère que les espèces d’arbres attirant les prédateurs de graines peuvent également dépendre des mammifères et des oiseaux pour la dispersion des graines.

Il postule que ces «amis» sont si bénéfiques que de nombreuses espèces d’arbres investissent des ressources supplémentaires dans leurs fruits et leurs noix. Ils les ornent de vitrines colorées pour attirer ces indispensables disperseurs mutualistes.

La mâture comme stratégie de défense

Les chercheurs ont examiné si l’imprévisibilité de la production de graines qui dissuade les ennemis d’un arbre affecte également négativement leurs alliés disperseurs. Si la mâture se défend efficacement contre les ennemis, l’équipe a confirmé que les espèces d’arbres fortement dépendantes des espèces animales qui dispersent pourraient devoir renoncer à cette stratégie défensive.

« Une analyse de la production de graines de centaines d’espèces d’arbres sur les cinq continents montre cet avantage mitigé de la mâture – les espèces d’arbres qui dépendent le plus des disperseurs d’animaux sont celles qui évitent la mâture », a déclaré Clark.

« Dans les forêts tempérées d’Amérique du Nord et d’Eurasie, les chênes et les sapins sont des espèces de mâts prolifiques. Les pins et les épicéas mâtent aussi, mais dans une moindre mesure. Hickories et noix encore moins. La châtaigne et les fruits charnus de la gomme noire, du houx, du micocoulier et du sucre, du kaki, du genévrier, de l’if et de la papaye, à peine – ce sont des ressources fiables.

En approfondissant le comportement de la mâture, Clark a expliqué comment certaines espèces d’arbres comme les sapins, les pins et les épicéas sont soumises à la frénésie alimentaire des oiseaux et des rongeurs. Cela se produit à la fois dans la canopée et lorsqu’ils atteignent le sol de la forêt.

Les conifères défendent leurs graines par des cônes ligneux recouverts de résine, dont beaucoup sont armés d’épines. Cependant, une fois que ces graines ont atteint le sol de la forêt, elles sont rapidement consommées par les rongeurs en quête de nourriture. Avec peu de disperseurs mutualistes pour les aider, ces espèces d’arbres sont des candidats idéaux pour la mâture comme stratégie de défense.

Disponibilité des nutriments et gradients climatiques

Les résultats de l’étude vont au-delà de l’interaction entre les espèces d’arbres et leurs alliés et ennemis animaux. Les chercheurs ont découvert que la disponibilité des nutriments et les gradients climatiques jouent également un rôle important dans la mâture.

Les experts ont constaté que les espèces d’arbres nécessitant des éléments nutritifs substantiels présentent généralement de faibles variations d’une année à l’autre dans la production de graines.

Simultanément, les espèces répandues dans les zones riches en nutriments, chaudes et humides ont tendance à afficher des intervalles plus courts entre les années de forte production de graines. En revanche, la mâture est plus courante dans les régions froides et sèches.

« Il est intéressant de noter que cela se produit dans des zones où les conditions météorologiques signifient que les animaux ont moins besoin de répandre des graines, contrairement aux tropiques humides et chauds où une telle aide des animaux est plus courante », a déclaré Qiu.

« Cette interaction fascinante nous rappelle que nos forêts diversifiées sont le résultat d’innombrables facteurs travaillant ensemble en harmonie, s’adaptant à leurs circonstances uniques pour prospérer. »

Les arbres aux fruits riches et colorés évitent les fluctuations sauvages

À l’extrême opposé, les fruits riches et colorés évitent les fluctuations sauvages. Les arbres qui les produisent dépendent de leurs disperseurs d’animaux, a déclaré Clark. Il y a encore beaucoup de variations d’une année à l’autre, car un gros fruit coûteux est sensible au stress hydrique.

« Une bonne sécheresse de deux semaines au milieu de l’été verra de nombreux arbres abandonner une grande partie de leur récolte de fruits – avortement précoce », a déclaré le professeur Clark.

« Cela inclut non seulement les fruits charnus comme le kaki, le micocoulier (y compris l’ortie en Europe) et la gomme noire. Les glands et les noix de noyer ont également une teneur élevée en humidité. Eux aussi avorteront de nombreuses graines partiellement développées pour réduire la demande en ressources. Pourtant, une série d’années avec des conditions climatiques appropriées peut voir des récoltes fiables dans bon nombre de ces espèces, l’une après l’autre.

Cette étude a été menée avec les contributions de 70 institutions. La recherche a été principalement financée par la National Science Foundation, le Belmont Forum, la NASA et l’initiative française du Programme d’Investissement d’Avenir (Make Our Planet Great Again).