En 2023, la forêt amazonienne a connu sa pire sécheresse enregistrée depuis le début des records. Les niveaux de rivière ont chuté considérablement et la végétation à tous les niveaux s'est détériorée en raison de la chaleur et des pénuries d'eau intenses. Dans de telles conditions, les plantes libèrent des quantités accrues de monoterpènes – des composés organiques volatils qui agissent comme un mécanisme de défense et aident à communiquer avec leur environnement. Certaines molécules, telles que l'α-pinène, qui sent le pin, se produisent sous forme de paires d'image miroir, appelées énantiomères.
Le rapport de ces deux formes change de manière mesurable lorsque les plantes sont sous contrainte, par exemple en raison de la chaleur ou de la pénurie d'eau. Des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la chimie ont étudié comment ce ratio a changé en Amazonie avant, pendant et après la période de sécheresse. Leurs recherches sont publiées dans Communications Earth & Environment.
Les résultats montrent que dans des conditions normales, un rapport clair a été systématiquement mesuré, mais avec l'augmentation du stress de la sécheresse, il s'est déplacé vers des valeurs toujours plus élevées. Dans la phase la plus extrême de la sécheresse, le rapport habituel des deux variantes α-Pinène a même inversé. Ainsi, les molécules miroir de l'α-pinène peuvent nous dire combien de stress est un écosystème actuellement.
Giovanni Pugliese, un scientifique de l'Institut Max Planck pour la chimie qui était sur place pendant la campagne de mesure, se souvient: « La chaleur était insupportable lors de la collecte des échantillons. La forêt souffrait clairement; ses feuilles jaunissent et le sol en argile sec était craquelé ».
Le problème en 2023 était que la saison sèche de septembre à octobre a coïncidé avec un événement El Niño. Cela fait partie de l'oscillation du climat mondial ENSO, et en mode El Niño, il apporte des précipitations extrêmement faibles et des températures élevées au bassin amazonien.
Mesures profondément dans la forêt tropicale
À la station de mesure de l'Observatoire de la Tower Amazon (Atto), à 150 kilomètres au nord-est de Manaus, les chercheurs ont prélevé des échantillons d'air à une hauteur de 24 mètres directement dans la canopée forestière. Dans le laboratoire de Massez, ils ont ensuite déterminé le rapport des deux formes α-Pinène en utilisant la chromatographie en phase gazeuse chirale de spectrométrie de masse de masse.
« Premièrement, nous avons déterminé le rapport dans lequel les deux variantes se produisent dans des conditions normales », explique Joseph Byron, chercheur à l'Institut Max Planck pour la chimie et premier auteur de l'étude. « Nous avons ensuite observé comment ce rapport s'est déplacé pendant la saison sèche impactée par El Niño et est revenu lentement à la normale par la suite. »
Plantes en mode de survie
Le chef de projet Jonathan Williams est impressionné par ces réponses de la végétation et explique davantage: « Il est étonnant que nous puissions lire directement à partir de l'air comment la forêt tropicale réagit aux conditions actuelles. Pendant les pires parties de la sécheresse, lorsque le rapport a retourné à midi, nous savions que la végétation avait eu assez, elle avait arrêté des photosynthèses et fermé à midi pour arrêter de permettre des eaux grasses précieuses. »
Ce travail s'appuie sur une étude expérimentale antérieure de sécheresse menée dans une forêt fermée cultivée dans une serre. Là, l'équipe de recherche Max Planck a ensuite montré que les deux molécules d'image miroir sont libérées via différents processus dans la plante. Alors qu'une forme de α-pinène est libérée immédiatement après la photosynthèse, la molécule miroir provient de piscines de stockage dans la plante. L'expérience intérieure a révélé cette relation et maintenant ce comportement a été enregistré dans la situation de sécheresse extrême du monde réel dans la forêt amazonienne.
La forêt amazonienne est la plus grande source mondiale de composés volatils biogéniques. En utilisant le rapport des molécules α-pinènes, ces émissions et leurs changements dans des conditions de sécheresse peuvent désormais être représentés de manière plus réaliste dans les modèles climatiques. Ceci est crucial car les chercheurs s'attendent à des sécheresses plus fréquentes et sévères liées à El Niño à l'avenir.
