Although diversity–stability relationships have been extensively studied in local ecosystems, the global biodiversity crisis calls for an improved understanding of these relationships in a spatial context. Here, we use a dynamical model of competitive metacommunities to study the relationships between species diversity and ecosystem variability across scales. We derive analytic relationships under a limiting case; these results are extended to more general cases with numerical simulations. Our model shows that, while alpha diversity decreases local ecosystem variability, beta diversity generally contributes to increasing spatial asynchrony among local ecosystems. Consequently, both alpha and beta diversity provide stabilising effects for regional ecosystems, through local and spatial insurance effects respectively. We further show that at the regional scale, the stabilising effect of biodiversity increases as spatial environmental correlation increases. Our findings have important implications for understanding the interactive effects of global environmental changes (e.g. environmental homogenisation) and biodiversity loss on ecosystem sustainability at large scales.
Titre de l'article
Biodiversité et stabilité écosystémique au travers des échelles dans les métacommunautés
Biodiversité et stabilité écosystémique au travers des échelles dans les métacommunautés
Introduction à l'article
Bien que la relation biodiversité-stabilité écosystémique a été extensivement étudiée dans des écosystèmes locaux, la crise de biodiversité mondiale actuelle invite à reconsidérer la dimension spatiale de cette relation en explorant sa nature à différentes échelles. Cette étude biogéographique, au travers de l’analyse d’un modèle dynamique de métacommunautés en compétition, tente d’apporter des éclaircissements sur les effets interactifs des changements globaux, comme l’homogénéisation environnementale de la biodiversité, et de la perte de biodiversité sur la durabilité des écosystèmes de l’échelle paysagère à l’échelle régionale. Un accent particulier sur l’impact de la similarité spatiale dans la composition des communautés à l’échelle de la population souligne l’importance de l’asynchronie dans la stabilité écosystémique à grande échelle.
Bien que la relation biodiversité-stabilité écosystémique a été extensivement étudiée dans des écosystèmes locaux, la crise de biodiversité mondiale actuelle invite à reconsidérer la dimension spatiale de cette relation en explorant sa nature à différentes échelles. Cette étude biogéographique, au travers de l’analyse d’un modèle dynamique de métacommunautés en compétition, tente d’apporter des éclaircissements sur les effets interactifs des changements globaux, comme l’homogénéisation environnementale de la biodiversité, et de la perte de biodiversité sur la durabilité des écosystèmes de l’échelle paysagère à l’échelle régionale. Un accent particulier sur l’impact de la similarité spatiale dans la composition des communautés à l’échelle de la population souligne l’importance de l’asynchronie dans la stabilité écosystémique à grande échelle.
Jusqu’à présent, la relation biodiversité-stabilité écosystémique a principalement été étudiée pour les écosystèmes locaux. Seulement, la crise de biodiversité mondiale actuelle invite à reconsidérer la dimension spatiale de cette relation en explorant sa nature à différentes échelles. Au travers de l’analyse d’un modèle dynamique de métacommunautés en compétition, cette étude tente d’apporter des éclaircissements sur les effets interactifs des changements globaux tels que l’homogénéisation environnementale et la perte de biodiversité sur la durabilité et la stabilité des écosystèmes à l’échelle paysagère ainsi qu’à l’échelle régionale. Un accent particulier sur l’impact de la similarité spatiale dans la composition des communautés à l’échelle de la population souligne l’importance de l’asynchronie dans la stabilité écosystémique à grande échelle.
Expériences de l'article
Afin de quantifier la diversité spécifique et la variabilité des écosystèmes, une analyse de la diversité alpha (locale), gamma (régionale) et beta (dissimilarité entre les différentes communautés locales) est inscrite dans un partitionnement spatial de la stabilité ou variabilité écosystémique. Les variabilités alpha et gamma sont définies comme étant les variabilités temporelles locale et régionale de certaines propriétés agrégées de l’écosystème. La variabilité beta est considérée comme étant l’asynchronie spatiale de ces propriétés entre les différents écosystèmes locaux. Cette étude développe un modèle issu du modèle de compétition Lokta – Volterra, qui décrit une métacommunauté dans laquelle les populations sont régulées par la compétition, la dispersion et la stochasticité environnementale. Les chercheurs modélisent ainsi l’évolution temporelle et spatiale des différentes composantes de la diversité citées précédemment dans le cas limité d’une métacommunauté théorique.
Afin de quantifier la diversité spécifique et la variabilité des écosystèmes, une analyse de la diversité alpha (locale), gamma (régionale) et beta (dissimilarité entre les différentes communautés locales) est inscrite dans un partitionnement spatial de la stabilité ou variabilité écosystémique. Les variabilités alpha et gamma sont définies comme étant les variabilités temporelles locale et régionale de certaines propriétés agrégées de l’écosystème. La variabilité beta est considérée comme étant l’asynchronie spatiale de ces propriétés entre les différents écosystèmes locaux. Cette étude développe un modèle issu du modèle de compétition Lokta – Volterra, qui décrit une métacommunauté dans laquelle les populations sont régulées par la compétition, la dispersion et la stochasticité environnementale. Les chercheurs modélisent ainsi l’évolution temporelle et spatiale des différentes composantes de la diversité citées précédemment dans le cas limité d’une métacommunauté théorique.
Résultats de l'article
Des liens explicites sont établis entre diversité et variabilité écosystémique à différentes échelles : la diversité alpha réduit la variabilité écosystémique locale tandis que la diversité beta augmente l’asynchronie spatiale à l’échelle locale. Les diversités alpha et beta contribueraient ainsi à la stabilité d’un écosystème régional. Cependant, la diversité gamma peut autant stabiliser que déstabiliser les propriétés des écosystèmes régionaux. À l’échelle régionale, le rôle stabilisateur de la biodiversité sur les propriétés des écosystèmes devient plus fort à mesure que les corrélations environnementale et spatiale augmentent. Enfin, les effets de la diversité alpha et beta sur la variabilité beta dépendent des réponses environnementales des espèces. Ainsi, sous une diversité gamma fixe, une métacommunauté avec une diversité alpha élevée est généralement plus stable qu'avec une diversité alpha inférieure.
Des liens explicites sont établis entre diversité et variabilité écosystémique à différentes échelles : la diversité alpha réduit la variabilité écosystémique locale tandis que la diversité beta augmente l’asynchronie spatiale à l’échelle locale. Les diversités alpha et beta contribueraient ainsi à la stabilité d’un écosystème régional. Cependant, la diversité gamma peut autant stabiliser que déstabiliser les propriétés des écosystèmes régionaux. À l’échelle régionale, le rôle stabilisateur de la biodiversité sur les propriétés des écosystèmes devient plus fort à mesure que les corrélations environnementale et spatiale augmentent. Enfin, les effets de la diversité alpha et beta sur la variabilité beta dépendent des réponses environnementales des espèces. Ainsi, sous une diversité gamma fixe, une métacommunauté avec une diversité alpha élevée est généralement plus stable qu'avec une diversité alpha inférieure.
Rigueur de l'article
L’étude se fait dans un seul type d’écosystème, les résultats sont étendus à des cas plus généraux par le biais de simulations numériques, or les conclusions que les auteurs tirent sont générales et ne précisent pas clairement dans quelles mesures elles sont réalistes et applicables à l’ensemble des écosystèmes terrestres, puisqu’elles demeurent théoriques et non vérifiés. A cela s’ajoute le fait que dans leurs simulations, ils ont pu constater un effet déstabilisant notable d’une diversité gamma élevée sur les écosystèmes. La modélisation se base sur l’hypothèse selon laquelle une métacommunauté est en équilibre en l’absence de fluctuations environnementales, ce qui reste très limitant. Une analyse plus complète et représentative de la complexité des écosystèmes serait nécessaire.
L’étude se fait dans un seul type d’écosystème, les résultats sont étendus à des cas plus généraux par le biais de simulations numériques, or les conclusions que les auteurs tirent sont générales et ne précisent pas clairement dans quelles mesures elles sont réalistes et applicables à l’ensemble des écosystèmes terrestres, puisqu’elles demeurent théoriques et non vérifiés. A cela s’ajoute le fait que dans leurs simulations, ils ont pu constater un effet déstabilisant notable d’une diversité gamma élevée sur les écosystèmes. La modélisation se base sur l’hypothèse selon laquelle une métacommunauté est en équilibre en l’absence de fluctuations environnementales, ce qui reste très limitant. Une analyse plus complète et représentative de la complexité des écosystèmes serait nécessaire.
Ce que cet article apporte au débat
Cette étude est l’une des premières à s’intéresser au modèle spatial de la biodiversité. Elle explicite clairement la nécessité d’explorer plus amplement les liens sous-jacents entre la biodiversité et la stabilité des écosystèmes à différentes échelles spatiales et temporelles, et apporte une nouvelle méthode de prédiction de la nature de ces relations. L’analyse nous éclaire sur des interdépendances primordiales entre les différentes composantes issues du partitionnement spatial de la diversité et de la stabilité écosystémique. Interdépendances néanmoins fortement nécessiteuses de vérifications dans des écosystèmes réels et d’une définition plus claire de leur champ d’application (e.g., le type exact d’écosystème auxquels sont applicables de telles présomptions : terrestre, aquatique, végétal)… L’exploration de la dimension spatiale des dynamiques de diversité se révèle tout de même nécessaire à la compréhension des mécanismes influençant la relation biodiversité-stabilité écosystémique.
Cette étude est l’une des premières à s’intéresser au modèle spatial de la biodiversité. Elle explicite clairement la nécessité d’explorer plus amplement les liens sous-jacents entre la biodiversité et la stabilité des écosystèmes à différentes échelles spatiales et temporelles, et apporte une nouvelle méthode de prédiction de la nature de ces relations. L’analyse nous éclaire sur des interdépendances primordiales entre les différentes composantes issues du partitionnement spatial de la diversité et de la stabilité écosystémique. Interdépendances néanmoins fortement nécessiteuses de vérifications dans des écosystèmes réels et d’une définition plus claire de leur champ d’application (e.g., le type exact d’écosystème auxquels sont applicables de telles présomptions : terrestre, aquatique, végétal)… L’exploration de la dimension spatiale des dynamiques de diversité se révèle tout de même nécessaire à la compréhension des mécanismes influençant la relation biodiversité-stabilité écosystémique.
Remarques sur l'article
Cet article est somme-toute très théorique, on peut donc se questionner sur sa validité dans la réalité, puisque toute la modélisation est basée sur des postulats stricts qui ne prennent pas en considération toute l’amplitude de variabilité intrinsèque d’un écosystème « in vivo ». Le nombre d’espèces généralistes est déterminé par les chercheurs, elles ont toutes le même taux de croissance, chaque patch possède le même nombre d'espèces… Les conditions de base sont assez arbitraires et peu justifiées en comparaison avec des écosystèmes réels.
Malgré toutes ces remises en question, les auteurs suggèrent un certain nombre d’expérimentations permettant de vérifier leurs résultats, notamment sur les micro-organismes.
Cet article est somme-toute très théorique, on peut donc se questionner sur sa validité dans la réalité, puisque toute la modélisation est basée sur des postulats stricts qui ne prennent pas en considération toute l’amplitude de variabilité intrinsèque d’un écosystème « in vivo ». Le nombre d’espèces généralistes est déterminé par les chercheurs, elles ont toutes le même taux de croissance, chaque patch possède le même nombre d'espèces… Les conditions de base sont assez arbitraires et peu justifiées en comparaison avec des écosystèmes réels.
Malgré toutes ces remises en question, les auteurs suggèrent un certain nombre d’expérimentations permettant de vérifier leurs résultats, notamment sur les micro-organismes.
Dernière modification il y a plus de 5 ans.