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Le signal fantôme

À l’aide de calculs mathématiques, des chercheurs de l’Inra d’Avignon ont montré qu’il était possible, via une méthode statistique, de retrouver la dispersion des graines produites par un arbre des années après qu’elles soient tombées, qu’elles aient survécu ou non.

Les chances qu'une graine donne un arbre sont plus importantes si elle pousse loin des arbres adultes © H. Davi
Par Clément Delorme - Armelle Favery
Mis à jour le 26/03/2014
Publié le 20/03/2014

Il est bien rare, dans une forêt, de voir deux grands arbres de la même espèce pousser à quelques centimètres l’un de l’autre. Ce phénomène, connu sous le nom d’« effet Janzen-Connell », prédit que les graines formées par un arbre ont de meilleures chances de pousser si elles se trouvent loin du tronc qui les a fait naître. En effet, les graines tombées juste à côté de leur parent voient leur vie débuter dans une zone à risque. L’arbre dont elles sont issues, déjà bien installé, accapare autour de lui (de 12 à 25 mètres alentour) une grande partie des ressources en eau et en lumière indispensables pour le développement d’un embryon végétal. De plus, à ses pieds sont attirés de nombreux rongeurs et parasites susceptibles de grignoter la future pousse. Ainsi, quand un hêtre donnera une centaine de milliers de graines sur toute sa vie, quelques-unes d’entre elles seulement finiront par former un autre adulte.
Pour mieux étudier les liens de parenté entre une jeune pousse et un adulte, les chercheurs des laboratoires Écologie des forêts méditerranéennes et biostatistique et processus spatiaux de l’Inra d’Avignon ont mêlé études sur le terrain et simulations mathématiques.

Une analyse génétique

Au grand air et sur deux parcelles de 4 et 2,7 hectares, les scientifiques ont porté leur attention sur le hêtre et le taux de survie de ses rejetons. En parcourant les deux zones équipés d’un GPS, ils ont dans un premier temps soigneusement répertorié la totalité des hêtres adultes (soit 187 pour la parcelle la plus grande et 74 pour l’autre) et prélevé systématiquement un morceau de feuille afin de pouvoir établir le profil génétique des arbres. Ils ont ensuite effectué la même opération avec les jeunes pousses de hêtre présentes en prenant soin d’estimer un âge pour chaque semis (les graines fraîchement poussées), récoltant cette fois respectivement 243 et 346 échantillons.
En réalisant des analyses génétiques grâce aux morceaux de feuilles prélevés, les chercheurs ont reconstitué les liens de parentés entre les arbres et les jeunes pousses. Comme attendu, plus le semis est âgé, plus on le trouve loin de son «géniteur». Et comme les arbres ne bougent pas, cela signifie que les pousses les plus proches ne sont pas parvenues à se développer, accusant une forte mortalité.

Des simulations statistiques

« Nous avons eu recours à une analyse statistique pour décomposer les différents processus biologiques responsables de la répartition actuelle des semis (nombres de graines produites par l’arbre, dispersions des graines, taux de mortalité) et pouvoir alors extrapoler nos données », explique Etienne Klein, directeur de l’unité BioSP. « Bien que notre étude se soit basée sur la répartition des semis, les résultats de notre extrapolation statistique nous fournissent la répartition des graines avant qu’elles ne poussent. En effet, nos simulations nous permettent de nous affranchir de l’influence du temps (et de la mortalité des graines) en travaillant sur des proportions d’arbres, c’est-à-dire en analysant chaque arbre par rapport à tous les autres. Ainsi, on parvient à retrouver le « signal fantôme » des graines comme elles ont été répandues au départ ».
À terme, cette étude pourrait permettre d’alimenter des modèles de simulation pour mieux comprendre et prédire la gestion et le développement des forêts.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Étienne Klein, unité Biostatistique et processus spatiaux
Département(s) associé(s) :
Mathématiques et informatique appliquées
Centre(s) associé(s) :
Provence-Alpes-Côte d'Azur

Publications

- Methods in Ecology and Evolution 2013, 4, 1059–1069 doi: 10.1111/2041-210X.12110
Seed dispersal kernels estimated from genotypes of established seedlings: does density-dependent mortality matter?
Etienne K. Klein, Aurore Bontemps and Sylvie Oddou-Muratorio

- Forest Ecology and Management 305 (2013) 67–76
Shift of spatial patterns during early recruitment in Fagus sylvatica: Evidence from seed dispersal estimates based on genotypic data
Aurore Bontemps a, Etienne K. Klein a,b, Sylvie Oddou-Muratorio a,⇑