Impact du réchauffement chronique sur la diversité microbienne du sol

Les écosystèmes sont des réseaux complexes où les plantes, les animaux et les micro-organismes interagissent. Le rôle des micro-organismes dans ces systèmes est super important, car ils aident à décomposer la matière organique et à recycler les nutriments. Un aspect clé de la façon dont un écosystème fonctionne bien dépend de la diversité de ces micro-organismes. Cependant, mesurer cette diversité n'est pas évident. Souvent, les scientifiques examinent les types de micro-organismes présents pour en déduire leurs fonctions, mais cette méthode peut être trompeuse, surtout dans des environnements comme le sol.

La Diversité fonctionnelle, qui se concentre sur les rôles que jouent les micro-organismes plutôt que sur leurs types, pourrait donner une meilleure vue de la façon dont un écosystème fonctionne. Malgré cela, mesurer la diversité fonctionnelle chez les micro-organismes peut être difficile à cause de leur complexité et de leur variation. Un nouveau cadre appelé Yield, Acquisition, Stress (YAS) aide à classer ces micro-organismes en fonction de leurs stratégies de vie. Cette méthode met l'accent sur la façon dont les micro-organismes gèrent les ressources, le stress et la compétition dans leur environnement.

#Impact du réchauffement chronique

Le changement climatique a entraîné une augmentation des températures, ce qui affecte la santé du sol et les micro-organismes qui y vivent. Au fil du temps, le réchauffement peut réduire la matière organique dans le sol et changer le comportement des micro-organismes. Par exemple, un réchauffement à long terme peut décomposer des composés clés dans le sol, comme la lignine, qui est essentielle pour la santé globale de l'écosystème.

Dans des expériences où le sol est chauffé, on a observé que le nombre d'enzymes spécifiques-des protéines qui aident à décomposer les matériaux organiques-augmente. Ce changement pourrait être une réponse aux conditions plus sèches créées par le réchauffement, ce qui rend l'accès aux ressources plus difficile pour les micro-organismes. Même si des études antérieures n'ont pas montré de lien clair entre la diversité des micro-organismes et le bon fonctionnement de l'écosystème, les changements dans la qualité du sol et le comportement microbien dus au réchauffement pourraient influencer cette relation.

#Hypothèses

Sur la base de ces observations, nous avons proposé deux idées principales. D'abord, nous pensions que les effets à long terme du réchauffement amélioreraient le lien entre la diversité fonctionnelle et le fonctionnement de l'écosystème grâce à l'augmentation des caractéristiques qui aident les micro-organismes à acquérir des ressources et à faire face au stress. Ensuite, nous croyions que dans les parcelles de sol chauffées, les traits liés au stress montreraient une relation plus forte avec le fonctionnement de l'écosystème que dans les parcelles de contrôle non chauffées.

#Site d'étude et méthodes

Notre étude a eu lieu dans l'expérience de réchauffement de la Harvard Forest à Petersham, MA. Des échantillons de sol ont été collectés à deux dates différentes en 2014 après près de 25 ans de traitement de réchauffement. Nous avons divisé le sol en différentes couches pour analyser séparément la matière organique et les contenus minéraux.

Pour évaluer le fonctionnement global de l'écosystème, connu sous le nom de multifonctionnalité de l'écosystème (EMF), nous avons examiné des données passées sur l'activité des enzymes et la biomasse microbienne. L'EMF offre une façon de comprendre à quel point l'écosystème remplit diverses fonctions.

Pour la diversité fonctionnelle, nous avons utilisé des données existantes et une méthode systématique pour analyser les traits microbiens selon le cadre YAS. Cela impliquait de vérifier la qualité des données, d'éliminer les séquences indésirables et de les classer selon leurs fonctions dans l'écosystème. Nous avons également calculé différents indicateurs de diversité pour comprendre la richesse et l'uniformité des traits microbiens dans les échantillons.

#Résultats

Dans la couche organique des sols qui étaient chauffés, nous avons trouvé que la variété de traits liés à l'acquisition de ressources était significativement plus basse que dans les sols de contrôle. Cette diminution pourrait indiquer que le réchauffement chronique a rendu le sol moins accueillant pour les micro-organismes qui prospèrent dans des environnements organiques riches. Par exemple, des traits spécifiques liés à la façon dont les micro-organismes rassemblent les ressources étaient moins diversifiés, ce qui laisse présager des problèmes potentiels de disponibilité du carbone dans ces sols chauffés.

Étonnamment, aucune différence n'a été constatée dans la diversité des traits dans les sols minéraux en raison du chauffage. De plus, les changements saisonniers ne semblaient pas influencer la diversité des traits microbiens dans les deux types de sol.

Dans les sols minéraux, nous avons remarqué une relation complexe entre l'EMF et la richesse des traits liés à l'acquisition affectés par le réchauffement. Dans les sols de contrôle, il y avait une tendance positive, ce qui signifie qu'à mesure que la richesse de ces traits augmentait, les fonctions de l'écosystème semblaient s'améliorer. Cependant, dans les parcelles chauffées, cette relation s'est inversée, indiquant une tendance négative. Cette découverte était contraire à notre hypothèse et suggérait qu'une concurrence accrue entre micro-organismes pourrait nuire au fonctionnement global de l'écosystème.

Les traits d'acquisition sont essentiels pour la compétition des ressources, et une concurrence plus élevée peut entraîner une utilisation moins efficace des ressources. Cette situation se produit souvent lorsque des micro-organismes divers ne peuvent pas partager les ressources efficacement, ce qui entraîne un fonctionnement moins efficace de l'écosystème. Le stress peut compliquer encore plus cette compétition en perturbant la façon dont les micro-organismes interagissent.

#Discussion

Notre étude montre que le réchauffement impacte significativement la richesse des traits liés à l'acquisition de ressources dans la couche organique du sol. Le lien négatif entre ces traits et le fonctionnement de l'écosystème dans les parcelles chauffées met en lumière les complications qui surgissent de la concurrence accrue entre les micro-organismes. Alors que le chauffage affecte la qualité et la quantité des ressources disponibles, le changement des stratégies microbiennes peut mener à un fonctionnement moins efficace dans l'écosystème.

Ces résultats soulignent le fait que des températures en hausse peuvent limiter la capacité des micro-organismes à prospérer, affectant ainsi la santé et la fonctionnalité globale des écosystèmes. Bien que nous ayons prévu que le réchauffement à long terme améliore la relation entre la diversité fonctionnelle et le fonctionnement de l'écosystème, les résultats ont mis en évidence des complexités et des défis qui surviennent dans des environnements chauffés.

#Conclusion

Dans l'ensemble, notre recherche indique que le réchauffement à long terme a des effets néfastes sur la diversité des traits microbiens importants dans le sol. Ce changement peut avoir des conséquences négatives sur la façon dont l'écosystème remplit ses diverses fonctions. La connexion entre la diversité microbienne et le fonctionnement de l'écosystème est affectée par les stratégies de vie spécifiques des micro-organismes, qui sont influencées par les changements environnementaux. Alors que le changement climatique continue de se déployer, comprendre ces dynamiques sera crucial pour maintenir des écosystèmes sains et atténuer les impacts des températures croissantes.