Il y a presque 100 ans, il y avait un étrange, prise de contrôle au ralenti des Grandes Plaines. Pendant le Dust Bowl des années 1930, alors qu'une vague de chaleur et une sécheresse historiques ont balayé le centre des États-Unis, il y avait un changement dramatique dans les types de plantes occupant la région.

Les graminées plus courantes dans le nord plus frais ont commencé à envahir les états des plaines du sud inhabituellement chauds et secs qui étaient généralement occupés par d'autres graminées indigènes.

À l'époque, bien sûr, ce changement dans la couverture végétale n'était pas la principale préoccupation lors d'une catastrophe qui a déplacé quelque 2,5 millions de personnes et causé au moins 1,9 milliard de dollars en pertes agricoles à lui seul. Et, En réalité, cela ne semblait pas si étrange, jusqu'à ce que les scientifiques commencent à en apprendre davantage sur ces types de plantes.

"Ce qui s'est passé n'est devenu un mystère que bien plus tard, sur la base de notre compréhension ultérieure des traits des espèces qui se sont remplacées, " a déclaré Alan Knapp, un professeur éminent d'université au département de biologie de l'université d'État du Colorado au Collège des sciences naturelles et l'écologiste principal du programme d'études supérieures en écologie de la CSU.

Au cours des années 1960, les chercheurs ont découvert qu'il y avait une différence écologique distincte entre ces deux types de graminées considérées comme des climats plus chauds et plus froids (un groupe, connu sous le nom de "C4" utilise la photosynthèse pour produire un composé à quatre atomes de carbone, par rapport à l'autre, connu sous le nom de "C3, " dont le premier composé de photosynthèse est composé de seulement trois atomes de carbone). Les graminées C4 poussent mieux à des températures chaudes et utilisent plus efficacement l'eau. Les graminées C3 ont tendance à être plus abondantes dans les climats plus frais et plus humides.

Ce qui a soulevé la question :pourquoi, lors d'une tristement célèbre sécheresse et canicule, les graminées C3 envahiraient-elles soudainement quelque 135, 000 milles carrés du centre-sud des États-Unis. Ainsi est né le « Paradoxe du Dust Bowl ».

Ce n'est pas seulement une question de curiosité historique. Alors que le changement climatique s'accélère, prairies, qui couvrent environ 30 à 40 % de la surface terrestre du globe, connaissent déjà une hausse des températures et des variations extrêmes des précipitations et devraient connaître des sécheresses encore plus extrêmes. Et, a noté Knapp, "ils sont une partie vitale des économies locales où qu'ils se produisent." Donc, comprendre ce qui a précipité le changement soudain du Dust Bowl dans les espèces de graminées - et leurs effets d'entraînement - est une question de plus en plus pressante.

"Parce que de telles sécheresses extrêmes devraient être plus fréquentes à l'avenir avec le changement climatique, il est important de comprendre pourquoi ces prairies ont réagi comme elles l'ont fait, ce qui était exactement le contraire que l'on prédirait en fonction de leurs traits, " a déclaré Knapp.

Maintenant, Knapp et ses collègues ont trouvé une réponse à cette question. Dans un nouveau journal, publié cette semaine dans Actes de l'Académie nationale des sciences , ils décrivent une expérience de sécheresse artificielle de quatre ans menée dans les prairies du Kansas et du Wyoming qui offre une solution au mystère du paradoxe du Dust Bowl.

"Cette étude ouvre une énigme sur la raison pour laquelle les graminées C3 peuvent supplanter les graminées C4 dans des conditions chaudes, conditions sèches, ", a déclaré le coauteur Yiqi Luo du Center for Ecosystem Science and Society de l'Université du Nord de l'Arizona. "Alors que le climat mondial et les précipitations changent, cette nouvelle lentille est un outil important pour prédire la dynamique future de la végétation et le stockage du carbone."

Cela nous ramène au mystère. Pourquoi ces cool-aimants, les graminées C3 moins économes en eau ont fini par dominer le centre des États-Unis pendant une vague de chaleur et une sécheresse historiques ? Knapp et ses collègues ont découvert que cela avait moins à voir avec la quantité de précipitations et bien plus avec le moment où ces précipitations tombent.

Au cours d'une année de croissance normale dans les plaines du sud des États-Unis, la majeure partie de l'humidité tombe en été, pendant la saison de croissance. Mais dans les prairies du nord, les régimes de précipitations sont plus uniformes tout au long de l'année. Il s'avère que c'est aussi ce qui se passe lors d'une sécheresse extrême - les précipitations sont beaucoup moins liées aux mois chauds, se produisant plus uniformément au cours de l'année.

Donc, avec des précipitations tombant selon des schémas plus semblables aux plaines du nord lors d'une sécheresse dans le sud, Les graminées C3 ont trouvé les limites de leur dynamique de précipitations préférées s'étendant vers le sud. Et ils ont proliféré.

Les chercheurs ont également découvert que l'empiètement des plantes C3 a une sorte de pouvoir d'auto-alimentation. Parce qu'ils commencent à pousser plus tôt dans l'année, "ils peuvent utiliser de manière préventive l'eau du sol avant que les plantes C4 ne deviennent actives, réduire davantage la croissance des espèces C4, " a déclaré Knapp.

Ces résultats ne sont pas simplement une question de comptage et de suivi des espèces. Les différents types de graminées ont également des caractéristiques différentes qui peuvent entraîner des changements dans l'ensemble de l'écosystème, climat, et l'utilisation des terres.

Par exemple, Les graminées C3 ont tendance à verdir en moyenne un mois complet avant les graminées C4 mais meurent plus tôt, modifier l'échange de carbone sol-air de la région. étant moins efficace avec l'eau, Les graminées C3 aspirent plus d'humidité du sol, qui a un effet cumulatif, en particulier pendant les années où l'eau est déjà rare.

La période de l'année où ils poussent compte aussi.

"Toutes les plantes, en croissance active et verte, évaporer des quantités substantielles d'eau de leurs feuilles, " Knapp a expliqué. " Cela a un effet de refroidissement local. Parce que les graminées C3 poussent quand il fait frais (au printemps) mais pas au milieu de l'été, l'effet de refroidissement est perdu quand il est le plus nécessaire, pendant les mois chauds d'été. Cela signifie que le passage des modèles de croissance C4 à C3 pourrait entraîner des étés plus chauds. »

L'équipe prévoit de continuer à étudier les impacts de ces changements saisonniers et de s'en remettre.

"Après une décennie de sécheresse à Dust Bowl, les vestiges de l'impact de la sécheresse sur les communautés végétales étaient évidents pendant 20 ans, ", a déclaré Knapp. Le groupe surveille donc maintenant le temps qu'il faudra à leurs parcelles expérimentales pour récupérer après leur expérience de quatre ans.

"En tant que tel système étendu à l'échelle mondiale, les prairies jouent un rôle important dans le cycle global du carbone et les interactions végétation-atmosphère, " Knapp a dit, c'est pourquoi la compréhension d'événements historiques à si grande échelle sera essentielle pour se préparer aux changements climatiques à venir.

Le papier, "Résoudre le paradoxe du Dust Bowl des réponses des prairies à la sécheresse extrême, " est apparu le 24 août dans PNAS , ainsi qu'un article d'un autre membre du corps professoral du Département de biologie, Professeur émérite de l'Université Diana Wall, qui a co-écrit un article intitulé, "La diversité génétique des invertébrés du sol corrobore les estimations temporelles des effondrements passés de la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental."