L'horloge annuelle des saisons – hiver, printemps, été, automne – est souvent considérée comme une donnée. Mais notre nouvelle étude dans Natureen utilisant une nouvelle approche pour observer les cycles de croissance saisonniers des satellites, montre que cette notion est beaucoup trop simple.
Nous présentons un portrait sans précédent et intime des cycles saisonniers des écosystèmes terrestres de la Terre. Cela révèle des « points chauds » de l'asynchronie saisonnière dans le monde – des régions où le moment des cycles saisonniers peut être synchronisé entre les endroits à proximité.
Nous montrons ensuite que ces différences dans le timing peuvent avoir des conséquences écologiques, évolutives et même économiques surprenantes.
Regarder les saisons de l'espace
Les saisons ont mis le rythme de la vie. Les êtres vivants, y compris les humains, ajustent le moment de leurs activités annuelles pour exploiter les ressources et les conditions qui fluctuent tout au long de l'année.
L'étude de ce moment, connu sous le nom de «phénologie», est une forme séculaire de l'observation humaine de la nature. Mais aujourd'hui, nous pouvons également regarder la phénologie depuis l'espace.
Avec des archives d'imagerie satellite de plusieurs décennies, nous pouvons utiliser l'informatique pour mieux comprendre les cycles saisonniers de la croissance des plantes. Cependant, les méthodes pour ce faire sont souvent basées sur l'hypothèse de cycles saisonniers simples et de saisons de croissance distinctes.
Cela fonctionne bien dans une grande partie de l'Europe, de l'Amérique du Nord et d'autres lieux de haute latitude avec de forts hivers. Cependant, cette méthode peut lutter sous les tropiques et dans les régions arides. Ici, les estimations par satellite de la croissance des plantes peuvent varier subtilement tout au long de l'année, sans saisons de croissance claire.
Modèles surprenants
En appliquant une nouvelle analyse à 20 ans d'imagerie satellite, nous avons fait une meilleure carte du moment des cycles de croissance des plantes à travers le monde. Parallèlement aux modèles attendus, tels que le printemps retardé à des latitudes et altitudes plus élevées, nous en avons également vu des plus surprenantes.
Un schéma surprenant se produit dans les cinq régions du climat méditerranéen de la Terre, où les hivers sont doux et humides et les étés sont chauds et secs. Il s'agit notamment de la Californie, du Chili, de l'Afrique du Sud, du sud de l'Australie et de la Méditerranée elle-même.
Ces régions partagent toutes un schéma saisonnier de « double pic », précédemment documenté en Californie, car les cycles de croissance forestière ont tendance à culminer environ deux mois plus tard que les autres écosystèmes. Ils présentent également des différences frappantes dans le moment de la croissance des plantes de leurs terres ariques voisines, où les précipitations estivales sont plus courantes.
Repérer les points chauds
Ce mélange complexe de modèles d'activité saisonnière explique une découverte majeure de notre travail: les climats méditerranéens et leurs zones arides voisines sont des points chauds d'une activité saisonnière hors synchronisation. En d'autres termes, ce sont des régions où les cycles saisonniers des lieux voisins peuvent avoir un timing radicalement différent.
Considérez, par exemple, la différence marquée entre Phoenix, en Arizona (qui a des quantités similaires de précipitations hivernales et estivales) et Tucson à seulement 160 km (où la plupart des précipitations proviennent de la mousson d'été).
D'autres points chauds mondiaux se produisent principalement dans les montagnes tropicales. Les modèles complexes de saisons hors synchronisation que nous observons là-bas peuvent être liés aux façons complexes dont les montagnes peuvent influencer le flux d'air, dictant les modèles locaux de précipitations saisonnières et de nuages. Ces phénomènes sont encore mal compris, mais peuvent être fondamentaux pour la distribution des espèces dans ces régions de biodiversité exceptionnelle.
Saisonnalité et biodiversité
L'identification des régions mondiales où les modèles saisonniers sont hors de synchronisation étaient la motivation originale de notre travail. Et notre constatation qu'ils chevauchent de nombreux points chauds de la biodiversité de la Terre – des lieux avec un grand nombre d'espèces végétales et animales – ne peut pas être une coïncidence.
Dans ces régions, parce que les cycles saisonniers de la croissance des plantes peuvent être synchronisés entre les endroits à proximité, la disponibilité saisonnière des ressources peut également être synchronisée. Cela affecterait les cycles reproductifs saisonniers de nombreuses espèces, et les conséquences écologiques et évolutives pourraient être profondes.
L'une de ces conséquences est que les populations avec des cycles de reproduction hors synchronisation seraient moins susceptibles de se croiser. En conséquence, ces populations devraient diverger génétiquement, et peut-être éventuellement même se diviser en différentes espèces.
Si cela arrivait même à un petit pourcentage d'espèces à tout moment, alors sur le long terme, ces régions produiraient de grandes quantités de biodiversité.
Down Down to Earth
Nous ne savons pas encore si cela s'est vraiment produit. Mais notre travail fait les premiers pas vers la découverte.
Nous montrons que, pour un large éventail d'espèces végétales et animales, notre carte à base de satellite prédit des différences sur le terrain frappées dans le moment de la floraison végétale et de la parenté génétique entre les populations voisines.
Notre carte prédit même la géographie complexe des récoltes de café en Colombie. Ici, les fermes de café séparées par une journée de route sur les montagnes peuvent avoir des cycles de reproduction aussi synchronisés comme s'ils étaient un hémisphère séparé.
Comprendre les modèles saisonniers dans l'espace et le temps n'est pas seulement important pour la biologie évolutive. Il est également fondamental de comprendre l'écologie du mouvement animal, les conséquences du changement climatique pour les espèces et les écosystèmes, et même la géographie de l'agriculture et d'autres formes d'activité humaine.
Vous voulez en savoir plus? Vous pouvez explorer nos résultats plus en détail avec cette carte en ligne interactive.
