Des chercheurs mettent au point une "machine à remonter le temps pour la biodiversité
L'IA montre le déclin des espèces dans un lac de baignade
Un modèle d'intelligence artificielle mis au point par une équipe de scientifiques de l'université Goethe de Francfort et de l'université de Birmingham, dirigée par Niamh Eastwood et le professeur Luisa Orsini, montre comment la pollution de l'eau, les phénomènes météorologiques extrêmes et la hausse des températures peuvent modifier et endommager de manière irréversible l'écosystème d'un lac d'eau douce sur plusieurs décennies. Le modèle utilise des données météorologiques et climatiques ainsi que des données extraites d'une carotte de sédiments prélevée dans le lac et pourrait à l'avenir être utilisé pour prédire comment les écosystèmes réagissent à des changements environnementaux complexes. En tant que tel, il pourrait servir de "machine à remonter le temps pour la biodiversité", pour ainsi dire, en expliquant les processus passés tout en signalant les dangers écologiques futurs.
Les sédiments des lacs et des rivières constituent la mémoire à long terme des masses d'eau : C'est là que, couche par couche, des particules et des substances minérales, organiques et chimiques se sont déposées au fil du temps. À partir d'une carotte de sédiments du "Ring Lake", situé près de la ville de Braedstrup au Danemark, l'équipe de scientifiques allemands et britanniques a analysé les résidus d'ADN de plantes, d'animaux et de bactéries ainsi que les toxines environnementales telles que les pesticides ou les herbicides qui ont pénétré dans le lac au fil du temps et se sont déposés dans les sédiments. Cela leur a permis de reconstituer les changements survenus dans la communauté écologique du lac ainsi que la pollution causée par les nitrates et les biocides, par exemple, au cours des 100 dernières années.
L'objet de notre étude, le "Ring Lake" au Danemark, est une masse d'eau qui était à peine polluée au début du 20e siècle. Au cours du siècle, cependant, le lac a été exposé à une pollution environnementale considérable. Au cours des dernières années du XXe siècle, la qualité de l'eau s'est considérablement améliorée", explique le professeur Henner Hollert, toxicologue environnemental à l'université Goethe de Francfort, au Fraunhofer IME et au LOEWE Center TBG pour la génomique translationnelle de la biodiversité. Associé à une stratification sédimentaire intacte, qui rend les années visibles d'une manière similaire à celle des anneaux annuels d'un tronc d'arbre, ce lac est devenu un sujet de recherche très intéressant.
L'équipe scientifique a procédé à la mise en relation des données d'analyse de la carotte de forage avec les enregistrements climatiques, en se concentrant en particulier sur les températures extrêmes et les niveaux de précipitations. Grâce à l'intelligence artificielle, ils ont développé un modèle qui explique l'influence des changements environnementaux sur la composition de la communauté d'eau douce et qui les résout en termes de temps et d'espace. Leur constatation : 90 % des changements dans la biodiversité fonctionnelle du lac Ring sont dus à l'introduction d'insecticides et de fongicides en conjonction avec des températures et des précipitations extrêmes.
Bien que l'activité agricole à proximité ait diminué à la fin du siècle, entraînant une amélioration de la qualité de l'eau, l'équipe de scientifiques germano-britannique a constaté que cela n'avait pas permis de rétablir l'état écologique initial du lac.
Henner Hollert : "Nous avons pu montrer que la perte de biodiversité dans un écosystème n'est pas totalement réversible : La biocénose ne fonctionne plus comme avant, car les espèces qui rendaient certains services à l'écosystème ont disparu. Nous allons maintenant tester notre système d'IA - que nous appelons notre "machine à remonter le temps pour la biodiversité" - sur d'autres lacs, notamment dans le cadre d'un projet interdisciplinaire en cours de la Fondation allemande pour la recherche (DFG) sur l'interaction entre l'homme et l'environnement à la fin du Moyen-Âge. Nos partenaires dans ce projet sont l'Université technique de Darmstadt, le Centre Helmholtz de Potsdam - Centre allemand de recherche en géosciences GFZ, le Service national de protection et de gestion du patrimoine du Bade-Wurtemberg et les Universités de Tübingen et de Braunschweig. Les leçons du passé peuvent nous aider pour l'avenir : Notre objectif est de fournir aux autorités un système d'alerte capable d'évaluer à un stade précoce les évolutions menaçant l'environnement, ce qui permettra de prendre des contre-mesures, par exemple en limitant l'utilisation de certains biocides à proximité d'un écotope".
L'écotoxicologue Luisa Orsini, qui est également professeur invité à l'université Goethe de Francfort et membre du réseau d'excellence RobustNature, souligne les avantages de la nouvelle méthode basée sur l'IA : "Les analyses à haut débit que nous utilisons nous permettent d'observer l'ensemble des organismes vivants d'un écosystème et de les mettre en relation avec leur environnement. Cela nous permet d'évaluer les tendances à long terme de l'évolution d'un écosystème bien mieux qu'avec les méthodes de suivi précédentes, qui ne se concentrent que sur une ou quelques espèces, et d'identifier les facteurs qui ont le plus d'impact sur la biodiversité."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Niamh Eastwood, Jiarui Zhou, Romain Derelle, Mohamed Abou-Elwafa Abdallah, William A Stubbings, Yunlu Jia, Sarah E Crawford, Thomas A Davidson, John K Colbourne, Simon Creer, Holly Bik, Henner Hollert, Luisa Orsini; "100 years of anthropogenic impact causes changes in freshwater functional biodiversity"; eLife, Volume 12, 2023-11-7
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