Les forêts tropicales du monde sont dans "un état critique" dans lequel l'extinction d'espèces d'arbres rares pourrait être un point de basculement, disent des scientifiques qui ont développé une méthode analytique pour cartographier leur biodiversité.

"Nous sommes en pleine crise d'extinction, " a déclaré Jayanth R. Banavar, prévôt et vice-président principal à l'Université de l'Oregon et auparavant à l'Université du Maryland à College Park. "Nous perdons des espèces peut-être plus rapidement que jamais. C'est la biodiversité des espèces qui maintient notre planète telle qu'elle est. Ces espèces ont évolué au cours de nombreuses, plusieurs millénaires. Une espèce autrefois perdue est partie à jamais."

Dans un article publié le 18 octobre dans la revue Avancées scientifiques , Banavar, un physicien, et les co-auteurs de trois autres universités ont dévoilé leurs conclusions, qui reposent sur un cadre mathématique reposant sur un modèle mécaniste naissance-mort-immigration d'un écosystème.

La répartition de l'abondance des espèces étudiée par les scientifiques, connu dans le monde des mathématiques sous le nom de binômes négatifs, est une généralisation de la log-série proposée en 1943 par R.A. Fisher de l'Université de Cambridge pour comprendre l'abondance globale des espèces de papillons britanniques sur la base des nombres trouvés dans un petit échantillon.

Approches actuellement utilisées, Banavar a dit, ont des limites qui produisent souvent des extrapolations inexactes lors de la mise à l'échelle d'une taille d'échantillon donnée à l'échelle de la forêt entière.

Environ les deux cinquièmes des arbres du monde se trouvent dans les forêts tropicales ou subtropicales. Pourtant, bien moins de 1 pour cent des espèces d'arbres sont connues. La nouvelle méthode identifie les tailles d'échantillonnage minimales nécessaires pour projeter avec précision le nombre d'arbres abondants et rares dans les régions forestières. Les espèces avec peu d'arbres sont menacées d'extinction.

« Nous constatons que la forêt tropicale du Panama bénéficie déjà d'une surveillance suffisante, tandis que d'autres forêts, comme celui de l'Amazonie, nécessitent encore un échantillonnage supplémentaire important, " a déclaré le co-auteur de l'étude Amos Maritan de l'Université de Padoue en Italie.

Les chercheurs suggèrent que les nombreuses espèces extrêmement rares peuvent être d'une importance vitale pour le maintien de la biodiversité et de la survie alors que les forêts subissent le changement climatique et les activités humaines à l'échelle mondiale.

« Le renforcement de la biodiversité n'est pas seulement de la plus haute importance pour la survie de notre planète, c'est aussi un problème mathématique de grand intérêt qui avait déjà été engagé par de nombreux écologistes, " a déclaré Banavar. "Nous avons développé une méthode qui donne des estimations précises du nombre d'espèces et d'abondances présentes dans l'ensemble de l'écosystème."

La nouvelle méthode, il a dit, est basé sur des informations à l'échelle locale et la théorie écologique neutre de Stephen Hubbell de l'Université de Californie, Los Angeles, et Smithsonian Tropical Research Institute au Panama. Il est apparu dans un article de Nature en 2007 qui examinait les comportements distincts des récifs coralliens et des forêts tropicales. Banavar et Maritan étaient co-auteurs, avec Igor Volkov de l'Université du Maryland à College Park, également co-auteur de la nouvelle recherche.

Pour la nouvelle recherche, la méthodologie a été adaptée et testée sur des populations d'espèces forestières à la fois dans des simulations informatiques et sur des données disponibles provenant de 15 forêts tropicales différentes.

« Notre approche montre que, à l'échelle mondiale, relativement peu d'espèces représentent plus de 50 pour cent des arbres individuels, tandis qu'un pourcentage élevé d'espèces ont moins de 1, 000 arbres, " dit Maritan. " Dans notre interprétation, cela indique que les écosystèmes analysés se comportent comme s'ils se trouvaient à proximité d'un point critique, un phénomène bien étudié dans les transitions de phase dans les systèmes physiques. De tels systèmes ont tendance à être extrêmement sensibles à de minuscules perturbations."

La méthode traditionnelle part de l'hypothèse qu'une distribution d'abondance d'espèces est une série logarithmique de Fisher, mais cette hypothèse fausse le nombre réel d'espèces dans les efforts de mise à l'échelle, dit Banavar.

Des réductions spectaculaires des estimations pour les espèces d'arbres « hyper-rares » en utilisant la nouvelle méthodologie ont été observées dans quatre des forêts incluses dans l'étude :Caxiuna et Manaus, à la fois en Amazonie, Nouabale en République du Congo, et Volcan Barva au Costa Rica.

"Comme nous goûtons de plus en plus, nous avons tendance à voir la même espèce encore et encore, donc la forme de la courbe se déplace vers l'endroit où nous n'avons plus le plus grand nombre d'espèces avec un très petit nombre d'individus mais plutôt nous avons un plus grand nombre d'espèces avec un nombre intermédiaire d'individus. Si vous allez dans une vraie forêt, c'est ce que vous trouverez."

La nouvelle approche, Banavar a dit, a permis à l'équipe de répondre à une question simple :combien y a-t-il d'espèces d'arbres, En réalité, présent en Amazonie ou dans d'autres forêts ? Et combien d'entre eux sont rares et menacés d'extinction ?

Petites fluctuations, il a dit, pourrait entraîner des changements radicaux dans la diversité et la santé des forêts. Espèces rares, il a dit, constituer un réservoir pour le rétablissement et la résilience des forêts.

"Cette méthode nous permet de comprendre à la fois la fragilité de la biodiversité et le nombre d'espèces sur lesquelles nous devrions nous concentrer avec les efforts de conservation, " dit Banavar. " En tant que gardiens de cette planète, nous voulons nourrir les espèces que nous avons, et nous voulons préserver la vie pour la prochaine génération."

La nouvelle méthode, Maritan a ajouté, est simple et pourrait être appliqué dans d'autres domaines tels que la compréhension de la biodiversité du microbiome.

"Nous présentons une preuve que toute forme de distribution d'abondance d'espèces, même avec des pics bizarres, peut être exprimé exactement comme une combinaison linéaire de ces binômes négatifs. Et la procédure de mise à l'échelle peut être exactement dérivée sous certaines hypothèses simplificatrices, " il a dit.