L'écoute des chercheurs sur des signaux complexes émanant d'un lac isolé du Wisconsin ont détecté ce qu'ils disent est un avertissement sans équivoque - le glas - de l'effondrement imminent de l'écosystème aquatique du lac.
La conclusion, a annoncé aujourd'hui (29 avril) dans la revue Science par une équipe de chercheurs dirigée par Stephen Carpenter, un limnologue à l'Université de Wisconsin-Madison, est la première preuve expérimentale que le changement radical dans un écosystème peut être détecté à l'avance, peut-être à temps pour prévenir une catastrophe écologique.
"Pendant longtemps, les écologistes pensaient que ces modifications n'ont pas pu être prédit, dit Carpenter, professeur UW-Madison de la zoologie et l'un des écologistes les plus éminents du monde. "Mais maintenant nous avons montré qu'ils peuvent être prévus. L'alerte précoce est clair. C'est un signal fort."
Les implications de l'étude National Science Foundation soutenus sont grands, dit Carpenter. Ils suggèrent que, avec le bon type de surveillance, il peut être possible de suivre les signes vitaux de l'écosystème et d'intervenir à temps pour empêcher ce qui est souvent des dommages irréversibles à l'environnement.
"Avec plus de travail, ce qui pourrait révolutionner la gestion des écosystèmes», affirme Carpenter. "Le concept a été validé dans une expérience sur le terrain et le fait qu'il a travaillé dans ce lac ouvre la porte à le tester dans les pâturages, les forêts et les écosystèmes marins . "
Les écosystèmes changent souvent de façon radicale. Lacs, forêts, pâturages,les récifs coralliens et de nombreux autres écosystèmes sont souvent transformés par des choses telles que la surpêche, les insectes ravageurs, les changements chimiques dans l'environnement, le surpâturage et le déplacement du climat.
Pour les humains, l'évolution des écosystèmes peut avoir un impact économique et les moyens de subsistance telles que lorsque les forêts succombe à un insecte ravageur, les parcours du surpâturage, de la pêche ou à la surexploitation.
Un exemple frappant d'une ressource effondré est la pêche à la morue de l'Atlantique. Une fois les plus abondants et recherchés des poissons dans l'Atlantique Nord, les stocks de morue se sont effondrés dans les années 1990 en raison de la surpêche, ce qui provoque la détresse économique en Nouvelle-Angleterre et le Canada. Maintenant, la capacité de détecter quand un écosystème est l'approche du point de basculement pourrait aider à prévenir de telles calamités.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs du Wisconsin, en collaboration avec des groupes de l'Institut d'études des écosystèmes Cary à Millbrook, NY, l'Université de Virginie à Charlottesville, et Saint-Norbert College à De Pere, Wisconsin, ont concentré leur attention sur Pierre et Paul les lacs, les deux lacs isolés et sous-développées du nord du Wisconsin. Peter est un lac de six acres, dont le biote ont été manipulées pour l'étude et à proximité de Paul a servi de témoin.
Le groupe dirigé par Carpenter manipulé expérimentalement Peter Lake au cours d'une période de trois ans en ajoutant progressivement achigan à grande bouche prédateurs du lac, qui était jusque-là dominé par les petits poissons que les puces d'eau consommée, un type de zooplancton. L'objectif, note Carpenter, était de déstabiliser réseau trophique du lac au point où il serait devenu un écosystème dominé par les grands prédateurs. Dans le processus, les chercheurs s'attendaient à voir un changement relativement rapide en cascade dans la communauté biologique du lac, qui aurait une incidence sur l'ensemble de ses plantes et les animaux de façon significative.
«Nous avons commencé l'ajout de ces gros poissons féroces et presque aussitôt cette instille la peur dans les autres poissons», explique Carpenter. "Le petit poisson commence à sentir il ya des problèmes et ils ne vont plus dans l'eau libre et au lieu pendent le long du rivage et de la structure, des choses comme les rondins submergés. Ils deviennent aversion pour le risque."
Le résultat biologique, selon l'expert du lac du Wisconsin, est que le lac est devenu "le ciel puce d'eau." Le système devient l'un où le phytoplancton, la nourriture préférée des puces d'eau du lac, devient très variable.
"Le phytoplancton harcelés, et à un certain point le système s'enclenche un nouveau mode», dit Carpenter.
Tout au long de la manipulation de trois ans du lac, tous ses signes chimiques, biologiques et physiques vitaux ont été surveillée en permanence pour suivre les moindres changements qui pourraient annoncer ce que les écologistes appellent un «changement de régime», où un écosystème subit des changements radicaux et rapides d'un type à une autre. C'est dans ces ensembles massifs de données qui Carpenter et ses collègues ont été en mesure de détecter les signaux d'un effondrement imminent de l'écosystème.
Les écologistes ont découvert les signaux dans des simulations par ordinateur des épidémies de la tordeuse. Chaque quelques décennies les populations de l'insecte exploser, causant la déforestation massive des forêts boréales au Canada. Les modèles informatiques d'une épidémie virtuelle, toutefois, semblait se soumettre à blips étranges juste avant une flambée.
Le problème a été résolu par William "Buz" Brock, professeur UW-Madison de l'économie qui depuis des décennies a travaillé sur les liens mathématiques de l'économie et l'écologie. Brock a utilisé une branche des mathématiques appliquées connu comme théorie de la bifurcation de montrer que le comportement étrange est en fait un système d'alerte précoce des changements catastrophiques. En bref, il a inventé une façon de mesurer la transformation d'un écosystème par détection des changements subtils dans des modèles naturels du système de variabilité.
Le résultat de l'expérience sur le terrain Peter Lake, dit Carpenter, est un système validé de statistiques d'alerte précoce pour l'effondrement des écosystèmes. Les captures, toutefois, c'est que pour le système d'alerte précoce au travail, le suivi rigoureux et continu de la chimie d'un écosystème, les propriétés physiques et le biote.
Une telle approche peut ne pas être pratique pour tous les écosystèmes menacés, dit Carpenter, mais il cite aussi le prix de ne rien faire: «Ces changements de régime ont tendance à être difficile de renverser C'est comme un train fou, une fois qu'il est en cours et les coûts -. à la fois écologique et économique - sont élevés ".
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