Il y a vingt ans, alors qu’elle rédigeait sa thèse de doctorat, l’écologiste Suzanne Simard a découvert que les arbres communiquent leurs besoins et s’envoient des nutriments par l’intermédiaire d’un réseau de champignons en treillis enfouis dans le sol – en d’autres termes, elle a constaté qu’ils « se parlent ». Depuis lors, Simard, qui travaille maintenant à l’Université de la Colombie-Britannique, a ouvert la voie à d’autres recherches sur la façon dont les arbres conversent, notamment sur la façon dont ces filigranes fongiques aident les arbres à envoyer des signaux d’alerte sur les changements environnementaux, à rechercher des parents et à transférer leurs nutriments aux plantes voisines avant de mourir.
En utilisant des expressions comme « sagesse de la forêt » et « arbres-mères » lorsqu’elle parle de ce système élaboré, qu’elle compare aux réseaux neuronaux du cerveau humain, les travaux de Simard ont contribué à changer la façon dont les scientifiques définissent les interactions entre les plantes. « Une forêt est un système coopératif », a-t-elle déclaré dans une interview accordée à Yale Environment 360. « Pour moi, utiliser le langage de la ‘communication’ avait plus de sens parce que nous n’examinions pas seulement les transferts de ressources, mais aussi des choses comme les signaux de défense et les signaux de reconnaissance de la parenté. En tant qu’êtres humains, nous pouvons mieux nous identifier à ces phénomènes. Si nous pouvons nous y identifier, nous allons nous y intéresser davantage. Si nous nous en préoccupons davantage, alors nous ferons un meilleur travail de gestion de nos paysages. »
Simard s’attache maintenant à comprendre comment ces réseaux de communication vitaux pourraient être perturbés par des menaces environnementales, telles que le changement climatique, les infestations de dendroctones du pin et l’exploitation forestière. « Ces réseaux continueront d’exister », dit-elle. « Il reste à savoir s’ils sont bénéfiques aux espèces végétales indigènes, ou aux exotiques, ou aux mauvaises herbes envahissantes et ainsi de suite ».
Yale Environment 360 : Toutes les thèses de doctorat ne sont pas publiées dans la revue Nature. Mais en 1997, une partie de la vôtre l’a été. Vous avez utilisé des isotopes radioactifs du carbone pour déterminer que les bouleaux à papier et les sapins de Douglas utilisaient un réseau souterrain pour interagir les uns avec les autres. Parlez-moi de ces interactions.
Suzanne Simard : Tous les arbres du monde entier, y compris le bouleau à papier et le sapin de Douglas, forment une association symbiotique avec des champignons souterrains. Ce sont des champignons qui sont bénéfiques pour les plantes et grâce à cette association, le champignon, qui ne peut pas faire de photosynthèse bien sûr, explore le sol. En gros, il envoie du mycélium, ou des fils, dans tout le sol, récupère des nutriments et de l’eau, en particulier du phosphore et de l’azote, les ramène à la plante et échange ces nutriments et cette eau contre du photosynthétat de la plante. La plante fixe le carbone et l’échange ensuite contre les nutriments dont elle a besoin pour son métabolisme. Cela fonctionne pour les deux.
C’est ce réseau, sorte de pipeline souterrain, qui relie un système racinaire d’arbre à un autre système racinaire d’arbre, afin que les nutriments et le carbone et l’eau puissent s’échanger entre les arbres. Dans une forêt naturelle de Colombie-Britannique, le bouleau à papier et le sapin de Douglas poussent ensemble dans des communautés forestières de succession précoce. Ils sont en compétition l’un avec l’autre, mais notre travail montre qu’ils coopèrent aussi l’un avec l’autre en envoyant des nutriments et du carbone dans les deux sens à travers leurs réseaux mycorhiziens.
e360 : Et ils peuvent dire quand l’un a besoin d’une aide supplémentaire par rapport à l’autre, c’est exact ?
Simard : C’est exact. Nous avons fait un tas d’expériences pour essayer de comprendre ce qui motive l’échange. Gardez à l’esprit que c’est un échange en va-et-vient, donc parfois le bouleau aura plus et parfois le sapin aura plus. Cela dépend des facteurs écologiques qui se passent à ce moment-là.
L’une des choses importantes que nous avons testées dans cette expérience particulière était l’ombrage. Plus le sapin de Douglas devenait ombragé en été, plus l’excès de carbone du bouleau allait vers le sapin. Puis plus tard à l’automne, lorsque le bouleau perdait ses feuilles et que le sapin avait un excès de carbone parce qu’il continuait à faire de la photosynthèse, le transfert net de cet échange revenait au bouleau.
Il y a aussi probablement des facteurs fongiques impliqués. Par exemple, le champignon qui relie le réseau va chercher à sécuriser ses sources de carbone. Même si on n’y comprend pas grand-chose, c’est logique d’un point de vue évolutif. Le champignon est là pour sa propre subsistance, pour s’assurer qu’il a une base alimentaire sûre dans le futur, donc il va aider à diriger ce transfert de carbone vers les différentes plantes.
Je ne pense pas qu’il y aura jamais de pénurie d’une capacité à former un réseau, mais le réseau pourrait être différent.
e360 : Pensez-vous que ce système d’échange est également valable dans d’autres écosystèmes, comme les prairies, par exemple ? Est-ce que des travaux ont été réalisés à ce sujet ?
Simard : Oui, pas seulement dans mon laboratoire, mais aussi dans d’autres laboratoires bien avant moi « ¦ Les prairies, et même certaines des espèces d’arbres que nous connaissons bien comme l’érable et le cèdre, forment un type de mycorhize différent. En Colombie-Britannique, nous avons de grandes prairies qui traversent l’intérieur de la province et qui sont en interface avec la forêt. Nous étudions comment ces prairies, qui sont principalement mycorhiziennes à arbuscules, interagissent avec notre forêt ectomycorhizienne, parce qu’avec les changements climatiques, on prévoit que les prairies remonteront dans les forêts.
e360 : Ces échanges vont-ils se poursuivre sous l’effet du changement climatique, ou la communication sera-t-elle bloquée ?
Simard : Je ne pense pas qu’elle sera bloquée. Je ne pense pas qu’il y aura jamais un manque de capacité à former un réseau, mais le réseau pourrait être différent. Par exemple, il y aura probablement différents champignons impliqués, mais je pense que ces réseaux continueront. Reste à savoir s’ils sont bénéfiques aux espèces végétales indigènes, ou aux exotiques, ou aux mauvaises herbes envahissantes et ainsi de suite.
e360 : Grâce aux outils moléculaires, vous et l’un de vos étudiants diplômés avez découvert ce que vous appelez les arbres pivots, ou arbres mères. Qu’est-ce qu’ils sont, et quel est leur rôle dans la forêt ?
Simard : Kevin Beiler, qui était un étudiant en doctorat, a fait un travail vraiment élégant où il a utilisé l’analyse de l’ADN pour examiner les courtes séquences d’ADN dans les arbres et les individus fongiques dans des parcelles de forêt de sapins de Douglas. Il a pu cartographier le réseau de deux spécialités sœurs apparentées de champignons mycorhiziens et la façon dont elles relient les sapins de Douglas dans cette forêt.
Juste en créant cette carte, il a pu montrer que tous les arbres essentiellement, avec quelques isolés, étaient reliés entre eux. Il a constaté que les plus grands et les plus vieux arbres du réseau étaient les plus liés, alors que les plus petits arbres n’étaient pas liés à autant d’autres arbres. Les grands arbres anciens ont des systèmes racinaires plus importants et s’associent à de plus grands réseaux mycorhiziens. Ils ont plus de carbone qui circule dans le réseau, ils ont plus d’extrémités de racines. Il est donc logique qu’ils aient plus de connexions avec d’autres arbres tout autour d’eux.
Dans des expériences ultérieures, nous avons cherché à savoir si ces vieux arbres peuvent reconnaître la parenté, si les semis qui se régénèrent autour d’eux sont de la même parenté, s’ils sont des descendants ou non, et s’ils peuvent favoriser ces semis – et nous avons trouvé qu’ils le peuvent. C’est ainsi que nous avons trouvé le terme « arbre mère », parce que ce sont les plus grands, les plus vieux arbres, et nous savons qu’ils peuvent nourrir leur propre parenté.
e360 : Vous avez également découvert que lorsque ces arbres meurent, ils ont une valeur écologique surprenante qui n’est pas réalisée s’ils sont récoltés trop tôt.
Simard : On a fait cette expérience en fait dans la serre. Nous avons cultivé des semis de avec les voisins , et nous avons blessé celui qui aurait joué le rôle d’arbre mère, le semis de sapin plus ancien. Nous avons utilisé le pin ponderosa parce que c’est une espèce de basse altitude qui devrait commencer à remplacer le sapin de Douglas au fur et à mesure que le climat change. Je voulais savoir si oui ou non il y avait une sorte de transfert de l’héritage de l’ancienne forêt à la nouvelle forêt qui va migrer vers le haut et vers le nord avec les changements climatiques.
Lorsque nous avons blessé ces sapins Douglas, nous avons constaté que deux choses se sont produites. La première est que le sapin de Douglas a déversé son carbone dans le réseau et qu’il a été absorbé par le pin ponderosa. Ensuite, les enzymes de défense du sapin de Douglas et du pin ponderosa ont été « régulées à la hausse » en réponse à cette blessure. Nous avons interprété cela comme un signal de défense passant par les réseaux d’arbres. Ces deux réponses – le transfert de carbone et le signal de défense – ne se sont produites que là où le réseau mycorhizien était intact. Là où nous avons coupé le réseau, cela ne s’est pas produit.
L’interprétation était que l’espèce indigène remplacée par une nouvelle espèce au fur et à mesure des changements climatiques envoie des signaux de carbone et d’avertissement aux semis voisins pour leur donner une longueur d’avance alors qu’ils assument le rôle plus dominant dans l’écosystème.
e360 : Vous avez parlé du fait que lorsque vous avez publié pour la première fois votre travail sur l’interaction des arbres en 1997, vous n’étiez pas censé utiliser le mot « communication » quand il s’agissait de plantes. Aujourd’hui, vous utilisez sans complexe des expressions telles que « sagesse de la forêt » et « arbres-mères ». Est-ce que vous avez été critiqué pour cela ?
Simard : Il y a probablement beaucoup plus de critiques que je n’en entends. J’ai commencé à faire de la recherche forestière au début de mes 20 ans et maintenant j’ai la cinquantaine, donc cela fait 35 ans. J’ai toujours été très conscient de suivre la méthode scientifique et de faire très attention à ne pas aller au-delà de ce que disent les données. Mais il y a un moment où vous réalisez que cette sorte de méthode scientifique traditionnelle ne va pas plus loin et qu’il y a tellement plus de choses qui se passent dans les forêts que nous sommes capables de comprendre réellement en utilisant les techniques scientifiques traditionnelles.
J’ai donc ouvert mon esprit et j’ai dit que nous devions apporter des aspects humains à cela pour que nous comprenions plus profondément, plus viscéralement, ce qui se passe dans ces créatures vivantes, ces espèces qui ne sont pas seulement ces objets inanimés. Nous avons également commencé à comprendre qu’il ne s’agit pas seulement de ressources se déplaçant entre les plantes. C’est bien plus que cela. Une forêt est un système coopératif, et s’il ne s’agissait que de compétition, ce serait beaucoup plus simple. Pourquoi une forêt serait-elle si diverse ? Pourquoi serait-elle si dynamique ?
Pour moi, utiliser le langage de la communication avait plus de sens parce que nous ne regardions pas seulement les transferts de ressources, mais des choses comme les signaux de défense et les signaux de reconnaissance de la parenté. Le comportement des plantes, les émetteurs et les récepteurs, ces comportements sont modifiés en fonction de cette communication ou de ce mouvement de choses entre eux.
De plus, en tant qu’êtres humains, nous pouvons mieux nous rapporter à cela. Si nous pouvons nous y identifier, alors nous allons nous en soucier davantage. Si nous nous en préoccupons davantage, alors nous ferons un meilleur travail d’intendance de nos paysages.
Si nous laissons des arbres qui soutiennent non seulement les réseaux mycorhiziens, mais aussi d’autres réseaux de créatures, alors la forêt se régénérera.
e360 : Le dendroctone du pin ponderosa dévaste les paysages de l’Ouest, tuant les pins et les épicéas. Vous avez coécrit des recherches sur les effets des attaques du dendroctone du pin sur les réseaux mycorhiziens. Qu’avez-vous trouvé, et quelles sont les implications pour la régénération de ces forêts ?
Simard : Ce travail a été dirigé par Greg Pec, un étudiant diplômé de l’université d’Alberta. Le premier stade (de l’attaque) est appelé attaque verte. On passe de l’attaque verte à l’attaque rouge puis à l’attaque grise. Donc en gros, à la troisième ou quatrième année, les peuplements sont morts.
Nous avons pris de la terre de ces différents peuplements et nous y avons fait pousser des semis de pin à poteau. Nous avons constaté qu’au fur et à mesure que le temps passait avec la mortalité, ce réseau mycorhizien devenait moins diversifié et cela changeait aussi l’enzyme de défense dans les semis qui étaient cultivés dans ces sols. La diversité de ces molécules a diminué. Plus les arbres étaient morts depuis longtemps, plus la diversité mycorhizienne et la diversité des molécules de défense étaient faibles dans ces semis.
Greg, en examinant la diversité fongique dans ces peuplements, a trouvé que même si la diversité fongique changeait, le réseau mycorhizien était toujours important pour aider à régénérer les nouveaux semis qui apparaissaient dans le sous-étage.
Même si la composition de ce réseau mycorhizien change, c’est toujours un réseau fonctionnel qui est capable de faciliter la régénération du nouveau peuplement.
e360 : Que vous apprend votre travail sur la manière de maintenir la résilience de la forêt face à l’exploitation forestière et au changement climatique ?
Simard : La résilience est vraiment la capacité des écosystèmes à récupérer leurs structures et leurs fonctions dans un éventail de possibilités. Pour les forêts en particulier, les arbres sont la base. Ils fournissent un habitat pour les autres créatures, mais font aussi fonctionner la forêt. Dans une forêt, la résilience signifie la capacité à régénérer les arbres. On peut faire beaucoup pour faciliter cela grâce à ces réseaux mycorhiziens, dont nous savons qu’ils sont importants pour permettre aux arbres de se régénérer. C’est ce que nous laissons derrière nous qui est si important. Si nous laissons des arbres qui soutiennent non seulement les réseaux mycorhiziens, mais aussi d’autres réseaux de créatures, alors la forêt se régénérera. Je pense que l’étape cruciale est de maintenir cette capacité à régénérer les arbres.
e360 : Vous avez parlé de votre espoir que vos résultats influencent les pratiques d’exploitation forestière en Colombie-Britannique et au-delà. Est-ce que cela s’est produit ?
Simard : Pas mon travail spécifiquement. À partir des années 1980 et 1990, cette idée de conserver les vieux arbres et les héritages dans les forêts s’est imposée. Tout au long des années 90, dans l’Ouest canadien, nous avons adopté beaucoup de ces méthodologies, non basées sur les réseaux mycorhiziens. C’était plus pour la faune et la conservation du bois de down pour l’habitat d’autres créatures.
Mais pour la plupart, surtout dans la dernière décennie et demie, beaucoup de défauts à la coupe à blanc avec pas tant de rétention. Une partie de cela a été motivée par l’épidémie de dendroctone du pin qui est toujours en cours. Les bonnes pratiques forestières qui se développaient ont été balayées dans l’exploitation de récupération de ces arbres mourants.
ALORS DE YALE e360Le changement climatique met-il en danger les microbiomes du monde ?
Les chercheurs commencent seulement à comprendre la complexité des microbes présents dans le sol terrestre et le rôle qu’ils jouent pour favoriser des écosystèmes sains. Aujourd’hui, le changement climatique menace de perturber ces microbes et les fonctions clés qu’ils assurent.LIRE PLUS
Aujourd’hui, les gens essaient encore de conserver la forêt, mais ce n’est tout simplement pas suffisant. Trop souvent, ce ne sont que les arbres symboliques qui sont laissés derrière. Nous commençons un nouveau projet de recherche pour tester différents types de rétention qui protègent les arbres mères et les réseaux.
e360 : C’est la subvention que vous venez de recevoir du gouvernement canadien pour réévaluer les pratiques actuelles de renouvellement des forêts ?
Simard : Oui, nous sommes très enthousiastes à ce sujet. Nous testons l’idée de conserver les arbres mères dans différentes configurations – donc de les laisser en tant que solitaires, en tant que groupes, en tant que bois d’abri, et ensuite de régénérer la forêt en utilisant un mélange de régénération naturelle et de pratiques de régénération traditionnelles. Nous testons ces pratiques dans toute une série de climats dans des forêts de sapins de Douglas, allant de très secs et chauds à frais et humides. Il y aura environ 75 sites au total qui traverseront ce gradient climatique. Nous allons mesurer des éléments tels que le cycle du carbone, la productivité et la diversité des oiseaux et des insectes. Les groupes des Premières nations de la Colombie-Britannique s’intéressent beaucoup à ce projet, car l’idée des arbres-mères et de l’éducation des nouvelles générations correspond tout à fait à la vision du monde des Premières nations.