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BGU (Israël) : utiliser la complexité des écosystèmes pour atténuer leur réaction aux épisodes climatiques extrêmes

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Le changement climatique et la perspective d’épisodes climatiques extrêmes plus fréquents et plus intenses, comme des sécheresses prolongées, menacent de nombreux services que les communautés végétales (composées de plusieurs espèces en interaction avec leurs semblables ainsi qu’avec des espèces différentes) fournissent aux humains. La problème est qu’un changement de structure de la communauté implique le déplacement d’espèces fonctionnelles clés et un déclin de la diversité des espèces. La grande complexité des écosystèmes, reflétée en partie par la hiérarchie de leurs niveaux organisationnels, freine les tentatives de démêler les réponses des écosystèmes aux épisodes climatiques extrêmes impliquant des mécanismes opérant à différents niveaux organisationnels.

Les scientifiques de l’Université Ben Gourion du Néguev en Israël ont découvert un aspect positif de cette complexité qui permettrait d’atténuer les effets néfastes des sécheresses prolongées en fournissant diverses voies de réponse des écosystèmes. Ils ont développé et étudié un modèle mathématique qui identifie un mécanisme de réponse opérant au niveau de la population, l’auto-organisation des plantes dans des modèles spatiaux (voir la figure ci-dessous), et un mécanisme de réponse opérant au niveau de la communauté, le passage de la communauté d’espèces investissant dans la croissance à espèces investissant dans la tolérance au stress hydrique.

En utilisant ce modèle pour étudier l’interaction entre les deux mécanismes, le Pr Ehud Meron, de l’institut Jacob Blaustein pour la recherche sur le désert, ses post-doc les Dr. Bidesh Bera et Dr. Jamie Bennett, et son ancien doctorant, le Dr. Omer Tzuk ont ​​découvert trois idées surprenantes :

– l’auto-organisation spatiale agit pour inverser les changements de structure de la communauté induits par le stress hydrique

– elle amortit l’impact d’un stress supplémentaire

– elle génère une multi-stabilité d’états écosystémiques alternatifs et suggère de nouvelles formes de gestion des écosystèmes qui intègrent la nécessité de fournir des services écosystémiques avec la nécessité de conserver la structure de la communauté.

« Ces informations soulignent la nécessité de prendre en compte les aspects essentiels de la complexité des écosystèmes – l’auto-organisation spatiale dans ce cas – lors de l’examen des réponses possibles des écosystèmes aux extrêmes climatiques et de la conception de formes de gestion pour les écosystèmes à risque », explique le Pr Meron. « Nous nous sommes concentrés sur les zones arides, mais l’auto-organisation spatiale se produit également dans les zones humides, telles que les tourbières hydriques et les marais salants, ou sous-marine dans les herbiers marins, et des conclusions similaires peuvent également s’appliquer à ces systèmes ».

La recherche a été soutenue par la Fondation israélienne des sciences (subvention n° 1053/17).

Le Pr Meron est titulaire de la chaire Phyllis et Kurt Kilstock en physique environnementale des zones arides.

Traduit et adapté par Esther Amar pour Israël Science Info

[:en]

Climate change and the prospect of more frequent and intense climate extremes, such as prolonged droughts, threaten many services that plant communities provide to humans. The concern is a community structure change, involving the displacement of key functional species and a decline in species diversity. The high complexity of ecosystems, reflected in part by their hierarchy of organizational levels, hampers attempts to disentangle ecosystem responses to climate extremes that involve mechanisms operating at different organizational levels.
Ben-Gurion University of the Negev scientists found a positive aspect of that complexity; it holds promise for mitigating adverse effects of prolonged droughts by providing diverse pathways of ecosystem response. They developed and studied a mathematical model that captures a response mechanism operating at the population level – self-organization of plants in spatial patterns (see figure below), and a response mechanism operating at the community level – community shift from species investing in growth to species investing in tolerating water stress.
Using this model to study the interplay between the two mechanisms, Prof. Ehud Meron, of The Jacob Blaustein Institutes for Desert Research, his postdoctoral fellows Dr. Bidesh Bera and Dr. Jamie Bennett, and his former PhD student, Dr. Omer Tzuk uncovered three surprising insights: (1) spatial self-organization acts to reverse community-structure changes induced by water stress, (2) it buffers the impact of further stress, and (3) it generates multi-stability of alternative ecosystem states and suggests new forms of ecosystem management that integrate the need for provisioning ecosystem services with the need to conserve community structure.
« These insights highlight the need to consider essential aspects of ecosystem complexity – spatial self-organization in this case – when addressing possible responses of ecosystems to climate extremes and devising management forms for ecosystems at risk, » says Prof. Meron “We focused on drylands, but spatial self-organization also occurs in wetlands, such as hydric peat bogs and salt marshes, or undersea in seagrass meadows, and similar conclusions may hold for these systems as well.”
The research was supported by the Israel Science Foundation (grant no. 1053/17).
Prof. Meron is the incumbent of the Phyllis and Kurt Kilstock Chair in Environmental Physics of Arid Zones.
Ben-Gurion University of the Negev (BGU) is the fastest growing research university in Israel. With 20,000 students, 6,000 staff and faculty members, and three campuses in Beer-Sheva, Sde Boker and Eilat, BGU is an agent of change, fulfilling the vision of David Ben-Gurion, Israel’s legendary first prime minister, who envisaged the future of Israel emerging from the Negev. 
The University is at the heart of Beer-Sheva’s transformation into an innovation district, where leading multinational corporations and start-ups eagerly leverage BGU’s expertise to generate innovative R&D.

BGU effects change, locally, regionally and internationally. With faculties in Engineering Sciences; Health Sciences; Natural Sciences; Humanities and Social Sciences; Business and Management; and Desert Studies, the University is a recognized national and global leader in many fields, actively encouraging multi-disciplinary collaborations with government and industry, and nurturing entrepreneurship and innovation in all its forms. 

BGU is also a university with a conscience, active both on the frontiers of science and in the community. Over a third of our students participate in one of the world’s most developed community action programs.
Published in eLife late last month

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