[Science News] – FOURCAST sous les projecteurs : Comment les plantes réagissent-elles au changement climatique ? 150 ans d'histoire dans l'herbier

Dans un précédent Science News,  nous avons présenté FOURCAST, une étude sur l'effet du changement climatique sur la biodiversité en Belgique. Nous nous intéressons ici à la recherche en herbier, l'une des sous-études dans laquelle le Jardin botanique de Meise joue un rôle de premier plan. Les botanistes veulent prédire quelles espèces végétales sont menacées par le changement climatique afin de prendre des mesures proactives.

Comment procèdent-ils ? Ils comparent des plantes actuelles avec des spécimens vieux de 150 ans provenant du vaste herbier du Jardin botanique de Meise. Ils observent ainsi les changements subis par les plantes au cours du siècle et demi écoulé. L'IRM fournit des données climatiques historiques détaillées pour faire le lien avec le changement climatique.

Trésor botanique

L'herbier du Jardin botanique de Meise contient 4 millions de spécimens, ce qui en fait le plus grand herbier de Belgique et le 15e herbier mondial. En 1871, l'homme politique et botaniste Barthélémy Dumortier a pris l'initiative de constituer une collection sous la direction du Jardin botanique de Meise, qui était encore à l'époque le Jardin botanique de l'État. Cette initiative a débuté par l'achat d'une collection privée de 300 000 spécimens, dont une grande partie provenait du Brésil. Outre la flore belge, l'accent a d'abord été mis sur l'Amérique du Sud, puis sur l'Afrique, sous l'influence de la colonisation belge du Congo.

Ann Bogaerts, responsable de l'herbier du Jardin botanique de Meise : "Outre les 500 000 spécimens belges, l'herbier contient des spécimens du monde entier. Le spécimen le plus ancien date de 1724. De nombreuses espèces végétales sont représentées à partir de 1850. Les plantes séchées sont collées sur du papier cartonné et conservées dans des chemises, ce qui leur permet de se conserver longtemps." Les spécimens sont rangés dans des armoires dans sept grandes salles de collection et sont classés par ordre alphabétique de famille. Au sein de chaque famille, les spécimens sont classés par genre, par espèce, par pays et par collectionneur. Trois des quatre millions de spécimens ont été numérisés et peuvent être consultés en ligne sur le site botanicalcollections.be. Des bénévoles y contribuent via la plateforme de science citoyenne DoeDat.

"L'herbier continue de s'enrichir de 15 000 spécimens par an en moyenne", poursuit Ann. "Nos propres chercheurs enrichissent la collection. Les universités et les botanistes amateurs font également don de leurs spécimens. Nous échangeons également nos "doubles" avec d'autres herbiers.

Méthodologie

Filip Vandelook est directeur de la recherche au Jardin botanique de Meise et coordonne le projet FOURCAST. "Pour la recherche, nous sélectionnerons 10 à 20 espèces de plantes. La diversité joue ici un rôle important : l'espèce est-elle présente dans les forêts, dans les champs, dans les landes... En outre, le nombre d'échantillons disponibles dans l'herbier est un critère : 200 à 300 échantillons sont nécessaires par espèce pour éviter le 'bruit'. Enfin, l'aptitude à l'analyse joue également un rôle dans le processus de sélection. Par exemple, une feuille velue complique le processus".

Pour les espèces sélectionnées, les chercheurs observent des changements dans la phénologie, c'est-à-dire dans la relation entre des phénomènes qui reviennent périodiquement dans la nature. Dans ce cas, il s'agit du moment de la floraison, du moment où les plantes perdent leurs feuilles, du moment où elles forment des graines... "Dans la nature, on peut aller voir à différents moments", explique Filip. "Pour la comparaison historique, nous avons besoin de nombreux échantillons de l'herbier, à chaque fois à des moments différents du cycle.

Les observations faites par des volontaires sur waarnemingen.be sont également incluses. Natuurpunt Studie gère cette plateforme et vérifient que la faune et la flore sont correctement identifiées.

Intelligence artificielle

Les chercheurs étudient également les caractéristiques fonctionnelles des feuilles. En collaboration avec l'UGent, le Jardin botanique de Meise a développé un système d'intelligence artificielle pour mesurer le nombre et la taille des stomates sur une feuille. Les stomates permettent l'évaporation de l'eau et l'absorption du CO2. Filip : "Grâce à un microscope adapté, nous pouvons prendre des photos des feuilles avec un zoom important. L'intelligence artificielle analyse ces photos, ce qui nous épargne beaucoup de travail de comptage et de mesure. De plus, cette intelligence artificielle est plus performante que l'œil humain."

S'adapter à plus de CO2

Cette recherche peut répondre à de nombreuses questions, telles que : comment les espèces évoluent-elles ? Quelles sont les espèces qui changent ? Quelles sont les espèces les plus sensibles aux changements climatiques ? Comment les communautés végétales réagiront-elles ? "Il y a toujours des gagnants et des perdants", explique Filip. "Il y a des espèces végétales qui ne peuvent pas s'adapter au changement. Les espèces qui peuvent s'adapter deviennent dominantes.

"Les adaptations majeures des plantes s'effectuent sur une longue échelle de temps évolutive. Sur une période de 150 ans, nous nous attendons à des adaptations plutôt subtiles, telles que des feuilles plus épaisses pour retenir davantage d'humidité dans les zones sèches. Étant donné que les émissions de CO2 sont beaucoup plus importantes aujourd'hui, nous nous attendons également à une modification du nombre de stomates. Ils sont probablement moins nombreux aujourd'hui, de sorte que les plantes perdent moins d'eau par ce biais, mais absorbent la même quantité de CO2".

L'effet d'îlot de chaleur

L'endroit où les plantes poussent joue également un rôle : "Pour les espèces qui vivent dans les forêts, nous nous attendons à moins de changements que pour les espèces qui se trouvent plutôt dans les zones ouvertes et les environnements urbains. En effet, les températures y sont plus élevées. Nous nous attendons également à ce que les plantes fleurissent plus tôt au printemps et perdent leurs feuilles plus tard en automne."