Les êtres humains sont familiers avec l'idée d'événements extrêmes. Les météorologues nous tiennent au courant des ouragans, inondations et températures élevées. Les économistes surveillent le marché boursier à la recherche de signes de krach ou de rallye. Nous passons beaucoup de temps à essayer de mieux prédire ces événements, sont pourtant souvent surpris lorsqu'ils se produisent.

Mais, dit une nouvelle étude dans le journal Limnologie &Océanographie Des lettres, quand il s'agit des extrêmes de la biologie, il ne suffit pas de s'attendre à l'inattendu. Nous devons également être prêts pour le sans précédent.

Plus de trois décennies de données sur le physique, les variables chimiques et biologiques de 11 lacs du Midwest montrent que, bien que les températures des lacs et les concentrations de nutriments augmentent dans des fourchettes relativement attendues, les organismes biologiques atteignent des extrêmes de population élevés. Les résultats remettent en question les idées préconçues sur ce à quoi ressemble une distribution «normale» des moyennes et des extrêmes.

« Il n'y a pas eu beaucoup d'attention accordée aux fluctuations extrêmes des séries chronologiques biologiques, " dit l'auteur principal de l'article, Ryan Batt, qui a mené l'étude en tant qu'étudiant diplômé au Centre de limnologie de l'UW-Madison. "Nous avons tendance à penser à ces choses qui causent une énorme détresse aux populations humaines, comme les catastrophes naturelles ou les effondrements financiers. Je voulais savoir comment la biologie empilait, mais je ne m'attendais pas à ce que ce soit si extrême."

Bat, maintenant chercheur post-doctoral à l'Université Rutgers, a tiré parti de décennies de données collectées par le site de recherche écologique à long terme (LTER) de la National Science Foundation dans le Wisconsin. Depuis 1981, le projet North Temperate Lakes LTER a régulièrement mesuré tout, de la température de l'eau aux concentrations de nutriments et aux populations de poissons dans 11 lacs du Wisconsin. Cela s'est ajouté aux données sur 595 variables différentes sur 30 ans, dit Batt.

Les données montrent que les populations de plantes, les poissons et le plancton vivant dans les lacs étudiés atteignent des niveaux si extrêmes que dans d'autres types d'ensembles de données, les chiffres sembleraient être des valeurs aberrantes. Par exemple, considérer la taille humaine.

« Si vous voyiez quelqu'un qui mesurait 14 pieds de haut, ce serait fou, " dit Batt. " Même un seul pied de hauteur fait une énorme différence en termes de valeur aberrante pour ce que nous considérons comme " normal ". "

Cependant, dans le jeu de données, de tels extrêmes étaient plus fréquents que les chercheurs ne s'y attendaient.

"Mon intuition était que la biologie aurait moins d'extrêmes, " dit Steve Carpenter, directeur du UW-Madison Center for Limnology et co-auteur de l'étude. "Mais il y avait de nouveaux records qui étaient établis tout le temps."

Les pêcheurs sur Madison, le lac Mendota du Wisconsin, partie de LTER, peuvent avoir vécu ces extrêmes de première main. Au cours des 30 années où les chercheurs ont enregistré les populations de poissons, un taux de capture moyen pour le crapet populaire et savoureux, crapet arlequin, était d'environ cinq poissons par heure de pêche. Mais, en 1983 et à nouveau en 2004, ce taux de capture était supérieur à 30 par heure.

Le lac Monona à proximité montre un potentiel similaire pour les extrêmes. De 1995 au début des années 2000, les populations de crapet arlequin ont fluctué entre environ 200, 000 et 300, 000 poissons. Puis, en 2002, ce nombre a atteint un nouvel extrême de 500, 000, presque le double de la note élevée précédente. Seulement trois ans plus tard, il a culminé à environ 800, 000 poissons.

Batt a choisi de se concentrer sur "les booms pas les bustes" parce que c'était plus intéressant et un peu contre-intuitif. "Nous considérons toujours la biologie comme devant faire face à des événements extrêmes dans l'environnement, comme s'il y avait eu une vague de chaleur et qu'un tas de poissons est mort ou qu'il y a eu une vague de froid et qu'un tas de poissons est mort, " dit-il. "Nous avons tendance à toujours penser à l'environnement comme ayant des extrêmes qui sont mortels. Ce que je voulais savoir, c'est qu'est-ce qui est possible au-delà de ce que je peux imaginer ?"

Dire que la réponse a surpris les chercheurs est peut-être un euphémisme.

Voir de tels extrêmes dans les données physiques et chimiques des lacs nécessite d'attendre longtemps et de collecter des volumes de données avant que de nouveaux records ne soient établis, et ces enregistrements n'étaient généralement pas très choquants. Avec les données biologiques, Carpenter dit que les chercheurs n'ont pas eu à attendre très longtemps, et ce qu'ils ont observé les a fait penser :« Wow, c'est plus de perchaude que nous n'en avons jamais vu auparavant. Par beaucoup, " il ajoute.

Dans le rapport, les auteurs proposent un mécanisme qui pourrait être à l'origine de ce phénomène. Peut-être, ils proposent, les organismes sont prêts à profiter de bonnes conditions, amplifier des choses comme des températures optimales ou une augmentation des nutriments disponibles. Des années avec des bosses moins extrêmes dans les conditions environnementales peuvent correspondre à des booms sans précédent des populations de poissons ou d'algues, bien que les chercheurs n'aient pas encore testé cela.

Si c'est le cas, dit Charpentier, cela suggère que les écologistes devraient réfléchir davantage aux causes écologiques des extrêmes tandis que les gestionnaires des ressources devraient « s'attendre à des extrêmes en biologie peut-être plus que notre intuition ne nous le ferait penser ».

En réalité, comme l'activité humaine a un impact sur toutes sortes de variables environnementales, du changement climatique, à la perte d'habitat, à la pollution par les nutriments, nous devons nous préparer à une grande variabilité dans ce que ces changements signifient pour les plantes et les animaux qui habitent ces écosystèmes, disent les chercheurs. Cependant, avec le type de variabilité que l'étude a révélé, Charpentier dit, il devient difficile de décider quels pourraient être les niveaux et les limites de population « normaux ».

"Nous devons être prêts à voir de nouveaux records, " dit Carpentier.