Losses and gains in species diversity affect ecological stability and the sustainability of ecosystem functions and services. Experiments and models have revealed positive, negative and no effects of diversity on individual components of stability, such as temporal variability, resistance and resilience. How these stability components covary remains poorly understood. Similarly, the effects of diversity on overall ecosystem stability16, which is conceptually akin to ecosystem multifunctionality remain unknown. Here we studied communities of aquatic ciliates to understand how temporal variability, resistance and overall ecosystem stability responded to diversity (that is, species richness) in a large experiment involving 690 micro-ecosystems sampled 19 times over 40 days, resulting in samplings. Species richness increased temporal stability but decreased resistance to warming. Thus, two stability components covaried negatively along the diversity gradient. Previous biodiversity manipulation studies rarely reported such negative covariation despite general predictions of the negative effects of diversity on individual stability components. Integrating our findings with the ecosystem multifunctionality concept revealed hump- and U-shaped effects of diversity on overall ecosystem stability. That is, biodiversity can increase overall ecosystem stability when biodiversity is low, and decrease it when biodiversity is high, or the opposite with a U-shaped relationship. The effects of diversity on ecosystem multifunctionality would also be hump- or U-shaped if diversity had positive effects on some functions and negative effects on others. Linking the ecosystem multifunctionality concept and ecosystem stability can transform the perceived effects of diversity on ecological stability and may help to translate this science into policy-relevant information.
Titre de l'article
La biodiversité augmente et diminue la stabilité écosystémique
La biodiversité augmente et diminue la stabilité écosystémique
Introduction à l'article
La diversité est souvent considérée comme étant stabilisatrice de la variabilité temporelle et de la résistance (relation positive), deux composantes de la stabilité écosystémique qui sont considérées dans cette étude. Cependant d'autres types de relations (neutres ou négatives) peuvent apparaître. D’un autre côté, peu de travaux considèrent les variations intrinsèques et les covariations qui peuvent exister entre ces composantes. La stabilité d’un écosystème peut être mesurée via la variabilité de chacune de ses composantes (par exemple, la productivité) que l'on somme pour obtenir la stabilité totale de cet écosystème. On peut également choisir l’approche de la multifonctionnalité des écosystèmes, qui considère ces covariations. Cette étude analyse comment la biodiversité affecte la stabilité intrinsèque de l’écosystème et sa résistance envers le réchauffement climatique : pour cela, les auteurs utilisent un gradient de température et différentes richesses et compositions en espèces.
La diversité est souvent considérée comme étant stabilisatrice de la variabilité temporelle et de la résistance (relation positive), deux composantes de la stabilité écosystémique qui sont considérées dans cette étude. Cependant d'autres types de relations (neutres ou négatives) peuvent apparaître. D’un autre côté, peu de travaux considèrent les variations intrinsèques et les covariations qui peuvent exister entre ces composantes. La stabilité d’un écosystème peut être mesurée via la variabilité de chacune de ses composantes (par exemple, la productivité) que l'on somme pour obtenir la stabilité totale de cet écosystème. On peut également choisir l’approche de la multifonctionnalité des écosystèmes, qui considère ces covariations. Cette étude analyse comment la biodiversité affecte la stabilité intrinsèque de l’écosystème et sa résistance envers le réchauffement climatique : pour cela, les auteurs utilisent un gradient de température et différentes richesses et compositions en espèces.
Expériences de l'article
690 communautés de ciliés (algues unicellulaires) ont été étudiées in vitro. Comme le but est d’étudier l’impact de la diversité (richesse spécifique) sur la stabilité, les auteurs ont investi des monocultures et des communautés assemblées aléatoirement, le long d’un gradient de température. Les deux composantes de la stabilité ont été mesurées via la production de biomasse au cours du temps. Les relations entre les composantes de la stabilité, la diversité et la température sont ensuite établies via diverses méthodes statistiques (modèles linéaire, AIC). Le calcul de la stabilité de l’écosystème entier se fait à l'aide de la somme de chaque composante standardisée et convertie. La covariation entre les deux composantes de la diversité est aussi calculée, mais cette fois par l’approche de la multifonctionnalité des écosystèmes : une fonction de conversion de forme logistique est utilisée pour traduire chaque composante en une valeur commune.
690 communautés de ciliés (algues unicellulaires) ont été étudiées in vitro. Comme le but est d’étudier l’impact de la diversité (richesse spécifique) sur la stabilité, les auteurs ont investi des monocultures et des communautés assemblées aléatoirement, le long d’un gradient de température. Les deux composantes de la stabilité ont été mesurées via la production de biomasse au cours du temps. Les relations entre les composantes de la stabilité, la diversité et la température sont ensuite établies via diverses méthodes statistiques (modèles linéaire, AIC). Le calcul de la stabilité de l’écosystème entier se fait à l'aide de la somme de chaque composante standardisée et convertie. La covariation entre les deux composantes de la diversité est aussi calculée, mais cette fois par l’approche de la multifonctionnalité des écosystèmes : une fonction de conversion de forme logistique est utilisée pour traduire chaque composante en une valeur commune.
Résultats de l'article
La richesse a un effet positif et la température un effet négatif sur la stabilité temporelle, alors que la résistance diminue avec la richesse. La réponse à la modification de température est donc dépendante de la diversité. Ils ont aussi noté que la résistance et la stabilité co-varient positivement ou négativement selon qu’on se situe à l’intérieur de chaque niveau de richesse ou entre des niveaux différents. Ce type de relation est assez rare mais important dans les interprétations. Une fois les composantes sommées, il s'avère que la stabilité est indépendante de la diversité, car les effets de la résistance et de la stabilité temporelle s’annulent. L’utilisation de fonctions de conversion a permis d’observer que la diversité va agir différemment sur la stabilité en fonction d’un paramètre (l’intercepte Q), qui représente un seuil d’utilisation par rapport aux fonctions rendues totales. La relation stabilité-diversité va passer d’une bosse à un U avec l’augmentation de Q.
La richesse a un effet positif et la température un effet négatif sur la stabilité temporelle, alors que la résistance diminue avec la richesse. La réponse à la modification de température est donc dépendante de la diversité. Ils ont aussi noté que la résistance et la stabilité co-varient positivement ou négativement selon qu’on se situe à l’intérieur de chaque niveau de richesse ou entre des niveaux différents. Ce type de relation est assez rare mais important dans les interprétations. Une fois les composantes sommées, il s'avère que la stabilité est indépendante de la diversité, car les effets de la résistance et de la stabilité temporelle s’annulent. L’utilisation de fonctions de conversion a permis d’observer que la diversité va agir différemment sur la stabilité en fonction d’un paramètre (l’intercepte Q), qui représente un seuil d’utilisation par rapport aux fonctions rendues totales. La relation stabilité-diversité va passer d’une bosse à un U avec l’augmentation de Q.
Rigueur de l'article
Cette étude est rigoureuse, car les auteurs ont vérifié leurs résultats en prenant diverses méthodes de calcul. Quelques éventuelles limites ont cependant pu être observées. Tout d’abord, les communautés de 3-5 individus sont assemblées au hasard (pas assez d’unités expérimentales disponibles) ce qui peut compromettre les résultats. La covariation négative observée entre la stabilité temporelle et la résistance est très peu investie : elle est identifiée comme étant le fruit probable de la complémentarité des niches ou de la faible diversité, mais l’explication est très (trop) succincte. Aussi, ils stipulent que l’effet des composantes de la stabilité s’annulent, la stabilité de tout l’écosystème étant ainsi invariante à la diversité, mais ce point n’est accompagné ni de valeurs ni de figures. Il faut donc faire confiance aux auteurs. Un dernier point est qu' étant une étude_ in vitro_, la relation diversité-stabilité peut être bien différente en milieu naturel pour ces mêmes communautés.
Cette étude est rigoureuse, car les auteurs ont vérifié leurs résultats en prenant diverses méthodes de calcul. Quelques éventuelles limites ont cependant pu être observées. Tout d’abord, les communautés de 3-5 individus sont assemblées au hasard (pas assez d’unités expérimentales disponibles) ce qui peut compromettre les résultats. La covariation négative observée entre la stabilité temporelle et la résistance est très peu investie : elle est identifiée comme étant le fruit probable de la complémentarité des niches ou de la faible diversité, mais l’explication est très (trop) succincte. Aussi, ils stipulent que l’effet des composantes de la stabilité s’annulent, la stabilité de tout l’écosystème étant ainsi invariante à la diversité, mais ce point n’est accompagné ni de valeurs ni de figures. Il faut donc faire confiance aux auteurs. Un dernier point est qu' étant une étude_ in vitro_, la relation diversité-stabilité peut être bien différente en milieu naturel pour ces mêmes communautés.
Ce que cet article apporte au débat
Cet article s’ancre bien dans la controverse sur la stabilité des écosystèmes car il met en avant une nouvelle approche qui doit être intégrée dans les études diversité-stabilité : la multifonctionnalité des écosystèmes. En effet, au lieu de ne considérer que les composants individuels de stabilité, cette approche permet d’analyser plusieurs composantes simultanément, et donc de considérer les covariations entre les différentes composantes. D’un autre côté, cette étude met en garde concernant le choix des unités et valeurs mathématiques, en mettant notamment en avant que les valeurs seuils utilisées (ici Q) peuvent modifier les relations observées.
Cet article s’ancre bien dans la controverse sur la stabilité des écosystèmes car il met en avant une nouvelle approche qui doit être intégrée dans les études diversité-stabilité : la multifonctionnalité des écosystèmes. En effet, au lieu de ne considérer que les composants individuels de stabilité, cette approche permet d’analyser plusieurs composantes simultanément, et donc de considérer les covariations entre les différentes composantes. D’un autre côté, cette étude met en garde concernant le choix des unités et valeurs mathématiques, en mettant notamment en avant que les valeurs seuils utilisées (ici Q) peuvent modifier les relations observées.
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