Pouvons-nous identifier les espèces envahissantes avant leur envahissement?



Les forêts nord-américaines regorgent d’insectes non indigènes, soit plus de 450 espèces d’ici. La plupart n'ont pas fait de dégâts évidents, mais quelques-uns, tels que l'agrile du frêne, qui tue ses arbres éponymes, et le puceron lanigère de la pruche, qui ravage les pruches orientales, ont reconstitué des paysages entiers, en respectant des critères écologiques et économiques incalculables. nuire. Pendant des décennies, les gens ont essayé de comprendre pourquoi certains insectes introduits devenaient des espèces envahissantes pernicieuses, tandis que d’autres restaient apparemment inoffensifs, mais ces efforts ont été vains pour la plupart. Prédire le chemin emprunté par un organisme "est le Saint Graal de la biologie des invasions", déclare l'entomologiste forestier Kamal Gandhi.

Gandhi, qui travaille à l'Université de Géorgie, fait partie d'une équipe de scientifiques qui ont pris ce qu'ils disaient comme un premier pas vers ce prix. Se concentrant sur les insectes non indigènes connus pour attaquer les conifères de l’Amérique du Nord, ils ont utilisé de nouvelles données et modèles informatiques pour mettre au jour plusieurs schémas permettant de prédire de manière fiable quels insectes non indigènes seraient susceptibles de causer des dommages – et quelles espèces d’arbres seraient victimes. Les chercheurs disent leurs résultats, publiés cet automne dans , peut immédiatement être utilisé pour empêcher l’arrivée de nouveaux envahisseurs nuisibles et pourrait servir de modèle pour prédire d’autres espèces envahissantes. «C'était la preuve de concept», a déclaré Matt Ayres, écologiste au Dartmouth College. "Nous sommes sur la piste du graal."

L’équipe s’est concentrée sur les 58 spécialistes non indigènes connus qui ne se nourrissent que de quelques espèces d’arbres – en l’occurrence, une ou plusieurs des 49 espèces de résineux nord-américains (l’ordre comprenant les pins, les genévriers et les séquoias). ces 58 insectes introduits, six ont causé des dégâts étendus, devenant des espèces envahissantes problématiques. Les chercheurs ont d’abord construit une base de données sur les caractéristiques écologiques des arbres et des insectes indigènes et non indigènes qui les nourrissent. L’équipe a utilisé ces données pour élaborer une série de modèles intégrant l’impact des caractéristiques des insectes et des arbres, l’histoire évolutive des arbres et la présence ou non d’insectes indigènes qui s’en nourrissaient.

Un élément essentiel de l’information utilisée dans l’étude était: c’est-à-dire une histoire génétique de la divergence des différentes familles de conifères, des genres et des espèces. Lorsque les chercheurs ont incorporé la phylogénie à un modèle, ils ont découvert une relation de type Goldilocks entre les arbres d'Amérique du Nord les plus endommagés par les insectes non indigènes et ceux nourris à leur lieu d'origine: les deux groupes d'arbres n'étaient ni trop proches ni trop proches. lointainement apparentée. «Il y a une tache acide en plein milieu», explique Nathan Havill, entomologiste du Service forestier américain dans l’équipe. "Les arbres sont suffisamment éloignés les uns des autres pour ne pas avoir les défenses contre un herbivore spécialisé, mais ils ne sont pas si éloignés l'un de l'autre qu'un herbivore ne pourrait pas les reconnaître comme nourriture."

Un deuxième modèle a montré que les arbres les plus susceptibles d’être endommagés par un insecte non indigène étaient tolérants à l’ombre et intolérants à la sécheresse. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que ce lien se produirait car les arbres poussant dans des endroits humides et ombragés sont moins capables de se réparer eux-mêmes que les plantes poussant dans des conditions plus clémentes. «Leur photosynthèse est limitée», explique l'entomologiste Dan Herms, co-auteur de l'étude et vice-président de la recherche et du développement de la société Davey Tree Expert. "Ils n’ont pas une forte capacité à tolérer la défoliation" par des ravageurs voraces. Ces arbres ont souvent des défenses bien rodées contre les insectes indigènes. Mais si un nouvel insecte est capable de contourner ces défenses, il est facile de vaincre les arbres. Un troisième modèle, quant à lui, a montré que les conifères en général étaient plus susceptibles de résister à un insecte non indigène alors qu’ils avaient déjà des défenses contre un insecte indigène étroitement apparenté.

De manière surprenante, les modèles n’ont montré aucune relation entre les caractéristiques des insectes envahissants (telles que le nombre d’oeufs qu’elles pondaient ou leur capacité à se disperser) et leur mortalité. «Je pensais que les traits d'histoire de vie des insectes auraient une importance», déclare Gandhi, notant qu'il semble intuitif de s'attendre à ce que les envahisseurs nuisibles aient des traits en commun. La plupart des efforts passés pour prédire les espèces envahissantes dans les forêts se sont concentrés sur les caractéristiques des insectes, explique-t-elle, expliquant peut-être pourquoi ces efforts n'ont pas permis de dégager des modèles utiles.

Pris ensemble, les modèles soulignent la grande importance de l'histoire commune. Les chercheurs soupçonnent depuis longtemps que l'impact des insectes non indigènes sur les forêts d'Amérique du Nord dépend des relations entre les arbres indigènes, les insectes non indigènes et leurs parents, a déclaré Michael Donoghue, biologiste de l'évolution à l'Université de Yale, qui n'a pas participé à la nouvelle étude. . «Cette idée avait été répandue dans la littérature, avec très peu de preuves pour la confirmer», dit-il. Maintenant, "ils disent, 'Oh, attendez, nous trouvons des preuves réelles."

Lorsque les chercheurs ont combiné leurs nouveaux modèles, ils ont découvert qu'ils pouvaient prédire rétroactivement quels insectes non indigènes deviendraient des envahisseurs dommageables avec une précision de plus de 90% – ce qui donne aux scientifiques la certitude que ces modèles pourraient prédire les futurs envahisseurs problématiques. L'équipe travaille actuellement sur de telles prévisions, évaluant quels insectes spécialistes pourraient être mortels s'ils arrivent en Amérique du Nord et quelles espèces d'arbres sont susceptibles d'être vulnérables. L'équipe cherche également à reproduire ses travaux avec des études sur les arbres à fleurs d'Amérique du Nord et sur des insectes généralistes capables de se nourrir de nombreux types de plantes. D'autres groupes pourraient éventuellement aller encore plus loin. «Même si cette étude ne porte que sur un groupe spécifique dans une partie du monde, il s'agit d'une contribution vraiment importante», déclare Eckehard Brockerhoff, écologiste à l'Institut fédéral suisse de recherche sur les forêts, la neige et le paysage. le papier récent. "Je pense que cela servira de modèle pour d'autres études."

Angela Mech, un entomologiste de l'Université Western Carolina qui a dirigé les travaux, est du même avis. «Les gens essayent de déverrouiller cette porte depuis longtemps», dit-elle. "Ce n'est que le début."