Les anciens feux de forêt ont joué un rôle crucial dans la formation et la propagation des prairies comme celles qui couvrent aujourd'hui une grande partie de la Terre, selon des scientifiques de Penn State et du Smithsonian National Museum of Natural History.

Une nouvelle étude relie une forte augmentation des incendies de forêt il y a près de 10 millions d'années, à la fin du Miocène, avec un changement majeur de végétation sur terre, comme indiqué par les isotopes de carbone des biomarqueurs végétaux trouvés dans les archives fossiles. Fréquent, les incendies saisonniers ont contribué à transformer les zones boisées en paysages ouverts, et a conduit à l'expansion des prairies, les chercheurs ont dit.

L'équipe a développé une approche innovante pour tester le rôle du feu dans la montée des prairies précoces. Ils ont analysé des traceurs de feuilles anciennes et de matières organiques brûlées laissées dans les paléosols, ou des sols fossiles, dans le nord du Pakistan.

"Les outils que nous utilisons sont des molécules et des biomarqueurs produits par des organismes de l'histoire de la Terre et conservés dans les roches, " a déclaré Allison Karp, un étudiant diplômé en géosciences à Penn State et auteur principal de l'article. "Nous pouvons les utiliser comme indices pour comprendre ce qui se passait avec le climat et l'écologie dans le passé."

La nouvelle technique a de larges implications en tant qu'outil pour les scientifiques cherchant à répondre aux questions sur la végétation passée et le changement climatique, dit le chercheur.

Cela montre que l'outil peut localiser l'emplacement d'un incendie là où il s'est produit, selon Karp. "Dans un enregistrement paléosol, vous capturez vraiment une image intégrée de ce qui se passait lorsque le sol se formait, " elle a dit.

Les chercheurs ont récemment rapporté leurs découvertes dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . Catherine Freeman, Evan Pugh University Professeur de géosciences à Penn State et conseiller de Karp, est co-auteur de l'article.

"C'est l'un des plus grands changements écologiques des 66 derniers millions d'années, " a déclaré Karp. "Aucun des systèmes de prairies ouvertes que nous avons aujourd'hui n'existait avant cette transition. C'était un monde très différent, en particulier dans des endroits subtropicaux comme le Pakistan."

Les scientifiques étudient depuis longtemps la montée des prairies en C4, nommé d'après les plantes qui ont développé une nouvelle façon de gérer la photosynthèse qui leur permet de prospérer au sec, conditions tropicales et avec des quantités plus faibles de dioxyde de carbone. Ces plantes comprennent des cultures modernes comme le maïs et la canne à sucre.

On croyait autrefois qu'une baisse des niveaux mondiaux de dioxyde de carbone était à l'origine de la montée des prairies en C4. Des recherches plus récentes ont montré que les graminées se propagent à des rythmes différents sur différents continents, indiquant que les facteurs régionaux, comme les modèles de pluie - et potentiellement le feu - ont joué un rôle important. Mais il y avait eu peu de preuves directes qui reliaient une augmentation des incendies de forêt à cette transition.

« Nous étions intéressés à reconstituer le feu et l'expansion des prairies dans le même enregistrement géologique pour voir si nous pouvions trouver des preuves indirectes du rôle joué par le feu, " a déclaré Karp. "Nous avons maintenant une belle série de preuves d'observation à comparer à ce que les modèles ont dit."

Karp et ses collaborateurs ont utilisé des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), trouvé dans les paléosols, comme mandataires incendie. Les HAP sont des produits chimiques créés par la combustion de matières organiques comme le bois et les plantes. On les trouve aussi naturellement dans le charbon et le pétrole brut.

Les HAP ont quintuplé dans la zone d'étude tandis que les traces de conifères ont diminué et ont finalement disparu. Le paysage fortement boisé s'est ouvert en deux étapes. Il y a environ 10 millions d'années, les forêts ont été remplacées par des forêts plus sujettes aux incendies, forêts claires ou prairies, et entre six et huit millions d'années, Les prairies C4 sont devenues dominantes au moment où la quantité de signatures de feu augmentait fortement.

L'écologie moderne du feu peut expliquer le processus. Les herbes poussent plus vite que les arbres après un incendie et elles contribuent également à créer des conditions propices aux incendies ultérieurs, promouvoir des paysages ouverts. A la fin du Miocène, les saisons humides provoquées par les conditions de mousson ont favorisé la croissance des plantes, ce qui à son tour a créé plus de carburant pour les incendies pendant les périodes chaudes, saisons sèches au Pakistan.

« Le rôle que le feu a joué dans l'expansion et l'évolution des systèmes de prairies dans le temps est important, car comprendre comment le feu a maintenu les systèmes dans le passé peut nous aider à prédire ce qui peut arriver à ces systèmes importants à l'avenir alors que le climat continue de changer, " dit Karp.

La nouvelle approche des marqueurs de feu pourrait être utilisée pour examiner les interactions à l'échelle du paysage entre le feu et la végétation pour d'autres régions géographiques et transitions climatiques, comme les transitions glaciaires-interglaciaires ou les changements climatiques catastrophiques, les chercheurs ont dit.