Une pyramide de verre entoure la forêt tropicale de la Biosphère 2. Crédit :Université de l'Arizona
La sécheresse s'abattra bientôt sur la forêt tropicale Biosphere 2 de l'Université d'Arizona, et une équipe de recherche internationale sera prête avec une panoplie d'instruments pour enregistrer ce qui se déroule sous la vitre.
La sécheresse fait partie d'une expérience de quatre mois connue sous le nom d'Eau, Atmosphère et dynamique de vie. Surnommé WALD, qui est l'allemand pour "forêt, " l'étude devrait faire la lumière sur la façon dont les écosystèmes tropicaux se comporteront sous le stress d'une température plus chaude, changement climatique plus sec.
Biosphère 2 a fermé la forêt tropicale au public pour la durée de la recherche, mais les visiteurs sont toujours invités à explorer d'autres biomes sous le verre.
« Nous sommes généralement curieux de connaître la réponse d'un écosystème à la sécheresse, et nous le mesurons d'une manière sans précédent, " a déclaré Laura Meredith, le directeur scientifique de la forêt tropicale pour Biosphère 2 et l'un des trois responsables de ce projet international. « Nous contrôlons le moment où la sécheresse survient, et nous sommes prêts avec des instruments. Ceci est utile pour tester des modèles afin de prédire ce qui se passe avec les forêts tropicales mondiales sous le changement climatique. »
L'expérience fait partie d'un programme de 2,1 millions de dollars (1,9 million d'euros), bourse du Conseil européen de la recherche de cinq ans acquise par Christiane Werner, professeur de physiologie des écosystèmes à l'Université allemande de Fribourg et l'un des chefs de projet. L'enquêteur junior Nemiah Ladd, aussi de Fribourg, co-organisé la subvention et est le troisième chef de projet.
Normalement, la forêt tropicale Biosphère 2 en reçoit 5, 300 gallons de pluie, assez pour remplir plus de 65 baignoires, trois fois par semaine. Ce mois-ci, Meredith et l'équipe prendront des mesures et observeront le biome dans des conditions normales avant d'arrêter la pluie en octobre.
L'équipe suivra comment le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau circulent dans le système avant et après la sécheresse artificielle, qui leur permettra de comprendre comment la forêt tropicale va réagir au stress, dit Werner.
Jason Deleeuw, Gestionnaire de forêt tropicale Biosphère 2, grimpe le cadre spatial au-dessus du sol de la forêt tropicale pour collecter les feuilles et les échantillonneurs placés pendant la nuit pour relier le climat des feuilles, microbiome et émissions de composés organiques volatils. Crédit :John Adams
"La première partie est d'aller aux composants individuels de l'écosystème, comme les feuilles, terre et racines, et comprendre comment ils traitent le carbone, " dit Meredith, professeur adjoint de génomique des écosystèmes à l'École des ressources naturelles et membre de l'Institut BIO5. "Quand les plantes ont du carbone dans la banque, ils doivent décider comment le dépenser. Est-ce qu'ils cultivent ou dépensent du carbone d'autres manières pour faire face au stress ? »
Pour déterminer comment les plantes de diverses espèces répartissent le carbone, l'équipe utilise une petite molécule appelée pyruvate pour alimenter un type spécifique d'atome de carbone - un isotope appelé "carbone 13" - directement dans le sol, racines et feuilles. Le mouvement du carbone 13 à travers l'écosystème sera tracé à l'aide de capteurs intégrés dans les plantes et dans tout le biome.
Les chercheurs prévoient également d'utiliser une autre approche :l'étiquetage des impulsions. En injectant une salve de carbone 13 sous forme de dioxyde de carbone gazeux dans le biome, ils peuvent retracer comment les plantes, le sol et les microbes absorbent et déplacent le carbone.
"Nous voulons savoir si les mesures de bas en haut correspondent à celles de haut en bas, " dit Meredith.
Cette méthode n'est pas seulement unique, mais aussi utile pour les chercheurs qui entendent modéliser les processus écosystémiques de manière localisée. L'eau sera tracée de la même manière, en suivant le mouvement de l'eau des bassins du sol jusqu'au sommet de l'atmosphère.
L'équipe internationale caractérisera également génétiquement les communautés microbiennes vivant dans les sols et les feuilles avec le soutien du Bureau de la recherche de l'UA, Discovery and Innovation et U.S. Department of Energy User Facilities.
En outre, ils prévoient de mesurer à quel point les composés organiques volatils, les produits chimiques organiques qui flottent dans l'air, se déplacer dans l'écosystème dans des conditions différentes. Les composés organiques volatils, ou COV, sont impliqués dans la communication, défense et signalisation parmi et entre les microbes et les plantes. Ils sont également responsables des odeurs :odeurs du sol de la géosmine COV; les forêts sentent l'isoprène.
Jessica Graham, chercheuse de premier cycle à l'UA, échantillonne le sol des portails à différentes profondeurs dans une fosse de 4 mètres de profondeur. Crédit :Laura Meredith
Meredith a déclaré qu'ils s'attendent à découvrir que les plantes utilisent le carbone de différentes manières en cas de stress. Elle attend aussi des plantes, le sol et les microbes pour créer des COV différents de ceux qu'ils font dans des conditions normales et ont indiqué qu'ils pourraient même découvrir de nouveaux types de COV.
De nombreux composés organiques volatils sont importants pour la chimie atmosphérique, mais des questions subsistent sur ce qui les crée biologiquement. L'équipe étudiera également la relation entre les COV et les microbes.
"Les composés organiques volatils sont dans les lotions, déodorants, shampooings et plus, " a déclaré le directeur adjoint de Biosphère 2, John Adams. " Si les gens étaient autorisés à entrer dans la forêt tropicale pendant l'expérience, les composés organiques volatils qu'ils dégagent pourraient rendre difficile pour les chercheurs de déchiffrer ce qui vient des gens et ce qui vient de la forêt tropicale."
Les chercheurs ont déclaré que ce type de science ne peut être réalisé que dans un endroit comme la Biosphère 2.
"Ce que j'aime dans Biosphere 2, c'est qu'elle pousse naturellement depuis si longtemps, " Werner a dit, ajoutant que la longévité de l'écosystème en fait un proxy plus fiable pour une forêt tropicale qu'un laboratoire.
"Biosphere 2 est un lieu de possibilités illimitées et d'hyper imagination, " dit Meredith. " Et pour moi, mes intérêts portent sur la relation entre l'atmosphère et les microbes au sein de la biosphère terrestre (Biosphère 1). La Biosphère 2 est contenue, ce qui en fait un laboratoire exagéré où l'on peut mesurer directement le rôle de la vie sur l'atmosphère. C'est vraiment puissant."
Werner a eu la première étincelle de l'idée lorsqu'elle a visité Biosphere 2 en 2011. Elle a depuis fait boule de neige en une initiative menée par 50 chercheurs de quatre pays, 10 institutions européennes et trois institutions américaines. L'équipe comprend des chercheurs de divers domaines tels que les sciences de l'atmosphère, microbiologie, génomique, hydrologie, cyberinfrastructure, écologie, science des plantes et plus, dit Werner.
« Nous sommes ravis parce que nous avons toujours envisagé Biosphère 2 comme une installation utilisateur, ", a déclaré Adams. "Cela renforcera cette mission et en montrera la validité en réunissant une équipe internationale."
