Une équation mathématique pour prédire l’évolution des écosystèmes - une publication dans Nature Ecology and Evolution

Des chercheurs de l’UNamur (Instituts ILEE et naXys) se sont penchés sur le lien entre la structure des écosystèmes et leurs réponses aux perturbations. Ils sont parvenus à « traduire » les liens empiriques déjà connus entre les différents facteurs de perturbation à l'aide d'équations mathématiques. Celles-ci permettent de prédire la réponse d'un écosystème donné. Cette méthode est également transposable à d'autres réseaux d'interactions tels que les réseaux cellulaires, de communication ou de transport.

Les écosystèmes font face à de nombreuses perturbations. Elles peuvent avoir diverses conséquences sur les espèces, allant d'une légère modification du nombre d'individus présents dans l'écosystème à la disparition totale de l'espèce.  Ces conséquences sont susceptibles de se répercuter sur tout l'écosystème car les espèces sont liées entre elles par diverses interactions. Par exemple, si la proie d'un prédateur disparait, ce dernier risque de disparaitre également s'il n'a pas d'autre source de nourriture.

Le nombre d'interactions entre espèces va donc influencer la stabilité d'un écosystème, c'est-à-dire sa capacité à répondre à diverses perturbations. Or, le nombre d'interactions dans un écosystème dépend du nombre d'espèces qui s'y trouvent : depuis plus de 50 ans, les scientifiques essayent de comprendre comment le nombre d'interactions entre les espèces change en fonction des modifications du nombre d'espèces. Ces études ont pour but, à terme, de pouvoir déterminer comment le nombre d'espèces et le nombre d'interactions participent à la stabilité des écosystèmes.

L'approche traditionnelle consiste à faire l'inventaire du nombre d'espèces et du nombre d'interactions dans plusieurs écosystèmes et à déterminer l'équation mathématique la plus adaptée pour décrire la relation entre ces deux variables. Une telle approche suggère qu'une équation unique caractérise tous les écosystèmes. Or, aucun consensus n'existe à ce jour quant à la forme exacte de cette équation.

Face à ce constat, les chercheurs de l'UNamur ont décidé de proposer une approche alternative : l'équation qui permet d'unir le nombre d'espèces et le nombres d'interactions serait spécifique à chaque écosystème et non commune à tous les écosystèmes observables sur Terre. En partant de ce postulat, les chercheurs ont pu lier mathématiquement le nombre d'espèces dans un écosystème, le nombre d'interactions entre ces espèces et la stabilité de cet écosystème. Les liens entre ces variables étaient connus de manière empirique mais sont maintenant démontrés mathématiquement et à l'aide de simulations informatiques basées sur des données de terrain récoltées par d'autres scientifiques. De nombreuses avancées doivent cependant encore être faites, la méthode utilisée dans l'article étant une simplification de la réalité.

Enfin, notons que les équations – et donc les résultats – explicités dans l'article reposent sur une caractéristique des écosystèmes (la distribution des degrés) qui est également partagée par d'autres réseaux d'interactions tels que les réseaux cellulaires, de communication ou de transport. Les équations présentées dans l'article devraient donc, en théorie, pouvoir être appliquées dans d'autres domaines que l'écologie.

Lien vers l’article : Reinterpreting the relationship between number of species and number of links connects community structure and stability
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Contact : Camille Carpentier - camille.carpentier@unamur.be