Henry Walter Bates embarked on an incredible journey throughout the Amazon basin over 150 years ago. In addition to being amazed by the diversity of this tropical forest, he documented remarkable cases of mimicry in the vivid wing patterns of distantly related butterflies. Mimicry stands for a resemblance of different species or races, usually as the result of a selective advantage. During my PhD, I am revisiting some of the sites he explored and collecting data to test hypotheses about the evolution and spread of new wing color patterns in Heliconius butterflies, the same genus previously studied by Bates.
For my study, I focus on two species: Heliconius erato and H. melpomene. Both have some interesting biological characteristics, such as: 1) a huge diversity of colors among races within the same species, while races of different species may look very similar (Fig. 1); 2) their colorful wings warn predators of their unpalatability; and 3) specific wing color patterns are found in different regions, such that if there is a wing pattern of H. melpomene somewhere, H. erato also shows this pattern in that same region (Fig. 2).
Fig.1. Each row represents the diversity of races within species and each column the mimicry between species. First row: races of Heliconius melpomene – H. m. melpomene, H. m. thelxiope, H. m. meriana, H. m. malleti. Second row: races of Heliconius erato – H. e. erato, H. e. amalfreda, H. e, lativitta.
Fig.2. Geographic distribution of Heliconius wing color patterns in Brazil. Mimetic pairs of Heliconius melpomene and H. erato are found in the same regions. a. Red – yellow phenotype. b1. Dennis phenotype. b2. Dennis-ray phenotype. c. Postman phenotype.
The distribution of wing color patterns in Heliconius has long been considered the result of natural selection via predation, but other ecological factors might contribute to shaping the wing pattern distribution of these butterflies. In particular, the Amazon forest is highly heterogeneous in several environmental parameters. Thus, one of the objectives of my project is to understand which environmental factors might be contributing to the distribution of different color patterns in the Amazon. In other words, I aim to understand why we find specific Heliconius races in some regions but not others. I predict that abiotic factors are directly and indirectly selecting wing color patterns, and features like temperature, rainfall, and vegetation structure (e.g. open or closed canopy) will play important roles. For example, butterflies need to thermoregulate and differences in coloration promote different thermoregulation efficiencies. Thus, I expect that environments with higher temperatures and solar radiation will select lighter wing patterns, as lighter wings, which are less efficient at absorbing light, would not be as constrained in warmer habitats. Factors such as vegetation structure could also affect the visual signaling of Heliconius butterflies against predators or to potential mating partners, and I expect to find different Heliconius color patterns in habitats with different vegetation structure.
During the Evolution meeting of 2019 in Providence (USA), I presented some of my preliminary results. Using the Maxent software (Phillips et al., 2006) for modeling Heliconius melpomene colour pattern distributions and environmental parameters extracted from WorldClim (Hijmans et al., 2017), I found that wing color pattern distributions were shaped by environmental features, especially temperature and rainfall (Fig. 3). I also performed a cline analysis using the R package bahz (Thurman, 2019) and demonstrated that along a transect crossing different environmental gradients, as tree cover percentage, there is a gradual change in color pattern frequency (Fig. 4). This corroborates my prediction that different environments select distinct wing color patterns, and that parameters related to temperature and rainfall play a major role in races geographic distribution. Further, I suggest that other variables such as soil type and tree cover percentage might also be associated with wing pattern distribution, as proposed by Bates (1862), Brown Jr (1982), and Blum (2008). Thus, future models should include these additional ecological factors as potential predictor variables.
Fig.3. Geographic distribution models of red-yellow, postman and ray phenotypes of Heliconius melpomene using Maxent modeling with AUC mean model evaluation and respective standard deviation. Most important variables for each model of distribution is shown with respective percentage of contribution.
Fig.4. Cline analysis of dennis and postman phenotypes showing the change of phenotype frequency along the transect. The transect cross different environments and suggest similar selection strength for both phenotypes on opposite sides.
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Em uma incrível jornada pela Amazônia há mais de 150 anos, Henry Walter Bates ficou maravilhado com a biodiversidade da floresta tropical. Além disso, ele documentou alguns casos notáveis de mimetismo (semelhança entre diferentes espécies ou raças, geralmente resultado de seleção natural) em padrões de asas de borboletas distantemente relacionadas. Durante o meu doutorado, eu estou revisitando alguns dos lugares explorados por Bates e coletando dados para testar hipóteses sobre a evolução e propagação de novos padrões de asas de borboletas do gênero Heliconius, mesmo gênero estudado por Bates.
No meu estudo foco em duas espécies: Heliconius erato e H. melpomene. Ambas apresentam algumas características biológicas interessantes como: 1) uma incrível diversidade de cores entre raças dentro da mesma espécie, enquanto raças de diferentes espécies podem apresentar padrões muito semelhantes (Fig. 1); 2) as cores vivas das asas alertam possíveis predadores que estes são animais não palatáveis; e 3) padrões específicos de asas são encontrados em regiões diferentes e, se um determinado padrão de asa de H. melpomene é encontrado em uma determinada região, o mesmo padrão de asa em H. erato é encontrado na mesma região (Fig. 2).
A distribuição de padrões de coloração de asas em Heliconius é considerada resultado da seleção natural via predação, mas outros fatores ecológicos parecem contribuir para a distribuição dessas borboletas. A floresta Amazônica, em particular, é heterogênea em diversos parâmetros ambientais. Assim, um dos objetivos do meu projeto é entender quais fatores ambientais contribuem para a distribuição de diferentes padrões de coloração na Amazônia. Em outras palavras, eu busco entender porque determinadas raças de Heliconius são encontradas em algumas regiões mas não em outras. Minha hipótese é alguns fatores abióticos estão direta e indiretamente selecionando padrões de cores das asas e características como temperatura, precipitação e estrutura da vegetação (por exemplo: dossel aberto ou fechado) apresentam papel importante nessa distribuição. Por exemplo, borboletas são animais que precisam regular a temperatura do corpo e diferenças na coloração resultam em diferenças na eficiência da termorregulação. Assim, eu espero que ambientes com maiores temperaturas e mais incidência solar irão selecionar padrões de asas mais claras, visto que asas mais claras são menos eficientes na absorção de luz e necessitam de ambientes mais quentes para uma termorregulação eficiente. Fatores como estrutura da vegetação podem influenciar os sinais visuais enviados por Heliconius contra predadores ou possíveis parceiros sexuais, assim, também espero encontrar diferentes padrões de coloração em habitats que variam quanto à estrutura da vegetação.
Durante o congresso Evolution 2019 em Providence (USA) eu apresentei alguns de meus resultados preliminares. Usando o software Maxent (Phillips et al., 2006) para modelagem de distribuição de padrões de cores em Heliconius melpomene e parâmetros ambientais extraídos do WorldClim (Hijmans et al., 2017), eu achei que o padrão de coloração de asas é moldado por fatores ambientais principalmente temperatura e precipitação (Fig. 3). Eu também realizei uma análise clinal usando o pacote do R bahz (Thurman, 2019) e nesta análise foi possível verificar que ao longo de um transecto que teoricamente está atravessando diferentes gradientes ambientais, como porcentagem de cobertura vegetal, existe uma mudança gradual na frequência dos padrões de coloração (Fig. 4). Esses resultados corroboram a hipótese de que diferentes ambientes selecionam diferentes padrões de coloração de asa e que parâmetros ligados a temperatura e precipitação desempenham um papel importante na distribuição geográfica de raças. Além disso, sugiro que outras variáveis, como o tipo de solo e a porcentagem de cobertura arbórea, também possam estar associadas à distribuição do padrão de asas, como proposto por Bates (1862), Brown Jr (1982) e Blum (2008). Assim, modelos futuros devem incluir esses fatores ecológicos adicionais como possíveis variáveis importantes.
Se você quiser continuar esta jornada comigo, siga-me no Instagram e twitter @followingbates. Estou constantemente postando notícias sobre este projeto e sobre a Amazônia brasileira.
Bates, H.W. 1862. Um Naturalista no Rio Amazonas’. 1979th edn. Edited by R. R. Junqueira. São Paulo: Universidade de São Paulo.
Blum, M.J. 2008. Ecological and genetic associations across a Heliconius hybrid zone, Journal of Evolutionary Biology, 21(1), pp. 330–341.
Brown Jr, K.S. 1982. Paleoecology and regional patterns of evolution in neotropical forest butterflies, in Prance, G.T. (ed.) Biological diversification in the tropics: proceedings, fifth international symposium of the Association for Tropical Biology. New York.
Hijmans et al., 2017. Worldclim 2: New 1-Km spatial resolution climate surfaces for global land areas, International Journal of Climatology, 37(1), pp. 4302-4315.
Ananda Martins is a PhD candidate at Barrett’s Lab and associated to the Biology – Neotropical Environment program (McGill University and Smithsonian Tropical Research Institute). She is interested in patterns of biodiversity and mechanisms that drive these patterns, especially the evolution and spread of new butterfly wing color patterns in Amazon. Instagram: https://www.instagram.com/followingbates/ Twitter: https://twitter.com/followingbates
Quand on pense aux effets de la chasse, on pense généralement à la surexploitation, aux dérangements, aux effets sur la structure des populations, mais rarement voyons nous cette activité comme étant une source de pollution. C’est pourtant le cas.
Au Québec, la période de chasse à la grande faune débute généralement à la fin septembre et s’étend jusqu’au début décembre. Durant cette période, plus de 70 000 cerf et orignaux sont récoltés annuellement. La très grande majorité de ces animaux sont éviscérés sur le terrain et leurs viscères se retrouvent ainsi dans les forêts où ils deviennent de la nourriture facile pour les charognards et les carnivores ou omnivores opportunistes. Ces animaux ont donc accès à une source de nourriture riche en énergie tout juste avant l’hiver ce qui, à première vue, peut sembler avantageux. Par contre, cette source de nourriture contient une concentration étonnante de plomb et cela est susceptible d’avoir une influence sur la biodiversité.
Le plomb est un métal malléable et facilement accessible qui possède aussi d’excellentes propriétés balistiques. Il s’agit donc d’un matériel de choix, du moins sur papier, pour fabriquer des munitions à faible coût. Bien que peu coûteuses, les munitions en plomb ont deux problèmes majeurs: (1) la toxicité du plomb et (2) elles ont la fâcheuse tendance à se fragmenter suite un impact. Le premier problème est assez bien documenté et personne ne devrait avoir besoin d’en être convaincu. Pour ce qui est du deuxième aspect, beaucoup de gens ignorent l’existence de ce problème ou sous-estime le nombre de fragments qui peuvent être produits par l’impact d’une balle. En effet, un projectile en plomb peut libérer plusieurs centaines de fragments de métal dans un rayon de 45cm dans les tissus et organes autour du point d’impact. La majorité de ces fragments sont invisibles à l’œil nu (nanoparticules) et peuvent être ingérés sans que les animaux (y compris les humains!) s’en rendent compte. Ces derniers courent ainsi le risque de s’empoisonner.
C’est exactement ce qui arrive chaque année durant la période de chasse. Les niveaux de plomb sanguin augmentent chez les organismes qui se nourrissent des viscères jetés par les chasseurs et une simple revue de littérature sur le sujet permet de constater à quel point le lien entre la chasse et l’exposition au plomb est bien établie chez les charognards aviaires. Il y a aussi une relation positive entre la consommation de venaison et les niveaux de plomb chez les humains. Il est important de rappeler que le plomb est une substance excessivement toxique à faibles concentrations et qu’une exposition même modérée peut avoir des effets importants sur les systèmes nerveux et reproducteurs des vertébrés qui y sont exposés. L’exposition au plomb est donc un enjeu de conservation puisque cet élément peut affecter la dynamique de quelques populations animales dont certaines ont un statut préoccupant.
La bonne nouvelle dans tout ça? L’exposition au plomb provenant des munitions est 100% évitable puisqu’il existe des alternatives, dites non-toxiques, qui sont parfaitement viables et efficaces pour chasser plusieurs types de gibier. Le fait d’utilisé de la grenaille en acier ou en plomb pour chasser le petit gibier n’a eu aucune influence sur le ratio Récolte: Coups de feu et n’augmente pas le risque de blesser inutilement un animal. Cela vaut aussi pour d’autres alternatives comme les différents alliages faits de bismuth de zinc ou de tungstène. La seule différence est que les grenailles alternatives sont beaucoup moins toxiques que celle en plomb et sont donc moins susceptibles de causer des problèmes de santé aux organismes qui pourraient les ingérer. Ici, il est important de noter que l’usage de plomb est seulement interdit pour la chasse aux oiseaux migrateurs, du moins au Canada, et qu’il est dont parfaitement légale d’utiliser ces munitions toxiques pour chasser le lièvre et les oiseaux terrestres comme les gélinottes, ainsi que les ongulés et les ours.
Les munitions en cuivre—la principal alternative au plomb dans les carabines et fusils de chasse—sont aussi efficaces que les munitions traditionnelles tout en étant moins dommageables pour la faune et l’environnement. Deux études ont démontré que les munitions en cuivre sont aussi efficaces que les projectiles de même calibre faits en plomb pour chasser le sanglier, le chevreuil et le wapiti. En d’autres mots, pas besoin de plomb pour chasser la grande faune. Toutes les munitions utilisées lors de ces études ont été en mesure d’incapacité un animal rapidement, mais ont généré peu ou pas de fragments et ceux-ci étaient visibles à l’œil nu…et beaucoup moins toxique que le plomb.
Il est vrai que le cuivre est plus dispendieux que le plomb ce qui fait légèrement grimper le prix de ces munitions. Par contre, il est important de noter que les munitions représentent une infime partie du budget de chasse d’un individu. En effet, l’arme à feu, les vêtements, les permis, la location de terrains, l’essence, le boucher et sans oublier tous les autres accessoires représentent la majorité des dépenses. Donc, une boîte de projectiles en cuivre à 30$ représente un ‘’investissement’’ négligeable lorsque comparé à une boite de munitions en plomb à 15$… Cette différence peut toutefois varier selon le calibre, le type d’arme à feu et aussi du type de munition, mais règle générale, la différence de prix n’est pas exorbitante.
Dans mon cas, je juge que ça vaut la peine de dépenser 15$ de plus par année, afin de ne pas m’empoisonner, ne pas empoisonner ma famille et ne pas empoisonner la faune.
Ludovick Brown est étudiant au doctorat en biologie et étudie sous la supervision de Fanie Pelletier à l’université de Sherbrooke. Dans le cadre de son projet, il s’intéresse à l’influence de la chasse sur l’écologie alimentaire et l’exposition au plomb chez les ursidés.
À l’été 2016, ce fut la première fois durant ma maîtrise que je ne participais pas à la saison de terrain. Cela dit, tout bon scientifique sait qu’un été sans terrain s’agence à merveille avec une participation à un congrès. C’est ainsi que j’ai eu l’opportunité de m’inscrire au congrès de l’International Society for Behavioral Ecology (ISBE) à l’Université d’Exeter (Exeter, Royaume-Uni) grâce au prix d’excellence du CSBQ. En plus d’être mon premier congrès à l’international, ce fut aussi mon premier voyage transocéanique. Malgré les appréhensions et le stress associé à ce voyage, j’étais enthousiaste et excitée d’avoir cette chance inouïe de voyager tout en ayant la possibilité de présenter les résultats obtenus dans le cadre de ma maîtrise à l’Université de Sherbrooke. De plus, je crois profondément que les expériences de congrès sont cruciales pour le bon développement d’un scientifique à devenir!
Dégustation de petits gâteaux à l’effigie du congrès lors de la cérémonie d’ouverture
C’est le ventre rempli de papillons que j’ai effectué un long voyage en avion avant d’atterrir au Royaume-Uni dans la petite ville d’Exeter. Dès ma première journée de congrès, je fus agréablement surprise par l’accueil de la cérémonie d’ouverture. Plusieurs grands noms y étaient présents : Tim Clutton-Brock, biologiste reconnu pour ses travaux sur la coopération chez les suricates; Rosemary Grant, dont ses travaux sur la sélection naturelle chez les pinsons de Darwin ont une grande renommée internationale; et le dernier et non le moindre, Richard Dawkins, scientifique dont son ouvrage Selfish gene est grandement connu à travers le monde. En comparaison, c’est comme si un fan de l’univers d’Harry Potter rencontrait la célèbre écrivaine J. K. Rowling! Au cours du congrès, j’ai assisté à de nombreuses présentations abordant une large gamme de sujets, dont l’écologie comportementale humaine, les conflits familiaux et la conservation. Cette grande diversité m’a permis d’approfondir mes connaissances sur des sphères de recherche que j’avais peu explorées auparavant. C’est à la première séance d’affiche scientifique que j’ai pu présenter les résultats obtenus au cours de ma maîtrise, et pour la première fois, dans une langue seconde. Mon projet tentait d’évaluer le rôle de perturbations environnementales, dont l’intensification agricole, dans la dynamique d’infection de parasites protistes sanguins (Plasmodium spp., Haemoproteus spp. et Leucocytozoon spp.) chez une population en déclin d’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor). Ma présentation m’a permis d’avoir plusieurs échanges d’une grande pertinence avec des biologistes travaillant sur des sujets similaires au mien. De plus, que ce soit devant mon affiche ou dans des situations plus décontractées, dont le banquet, j’ai fait de nombreuses rencontres qui m’ont permis d’apporter de nouvelles réflexions à mon projet et d’élargir, d’une certaine façon, mon réseau de contacts. Mission accomplie!
Une scientifique très heureuse de présenter ses résultats lors de la séance d’affiches du congrès
Au cours de mon séjour, j’ai eu l’opportunité de visiter la ville d’Exeter et ses alentours. Grâce au guide bénévole des Exeter’s red coat guided tour, j’ai grandement appris sur la culture anglaise, les légendes et l’historique de cette ville passant de l’Empire romain, du Moyen-Âge jusqu’à la Deuxième Guerre mondiale. Dès mon arrivée, je fus marquée par l’architecture traditionnelle anglaise et les similitudes de leur culture avec celle qu’on retrouve ici en Amérique du Nord.
Visite de la ville d’Exeter avec les explications d’un guide bénévole des Exeter’s red coat guided tour. Derrière le guide, nous pouvons apercevoir la cathédrale d’Exeter.
Vue sur les restaurants et commerces situés à proximité du canal d’Exeter
Rue typique de la ville d’Exeter
À ma grande surprise, je fus complètement désorientée par le système routier inversé! Même en tant que simple piéton, je n’ai pas eu le temps de m’habituer à ce changement drastique. Je ne voulais même pas m’imaginer en train d’y conduire! À ma dernière journée au Royaume-Uni, j’ai quitté la ville pour faire une excursion dans le Dartmoor National Park. Cette sortie m’a permis de découvrir la splendeur des paysages de la région qui sont composés principalement de landes et de roches granitiques. Au cours de cette randonnée, j’ai pu m’imprégner de la beauté des petits villages anglais, dont certaines maisons possèdent encore des toits de chaume. Ça fait changement de l’architecture nord-américaine! Maintenant, voici un petit résumé en image de mon périple.
Aperçu d’un petit village anglais lors de ma randonnée dans le Dartmoor National Park
Paysage typique du Dartmoor National Park avec la présence de mes curieuses partenaires de randonnée!
Audrey Turcotte est doctorante en biologie à l’Université d’Ottawa dans le laboratoire de Gabriel Blouin-Demers. Elle s’est immergée au monde de la recherche à l’Université de Sherbrooke où elle a effectué son baccalauréat et sa maîtrise en biologie dans le laboratoire de Dany Garant. Passant de l’écologie terrestre à l’étude de systèmes aquatiques, Audrey a développé une expertise en écologie moléculaire s’appliquant à diverses sphères de recherche. Actuellement, son projet de doctorat tente d’identifier l’effet des écluses du canal Rideau sur la structure génétique et la connectivité des populations de tortues peintes y vivant.
The current biodiversity crisis, induced by anthropogenic-driven global changes, is projected to lead 1 million species to extinction in the coming decades, according to the last report on the state of the world’s ecosystems by the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES). When looking at the history of life on Earth, extinction is business-as-usual and, together with evolution and dispersion, it acts promoting species turnover: the low rates of background extinctions have actually helped shaping the diversification of life forms. But when the rate of species’ extinctions increase during relatively short periods of time, they become mass extinctions, which are of major concern for biodiversity. Currently, scientists agree that our planet is in the midst of its Sixth Mass Extinction. In fact, the current rate of extinction is estimated to be about 100 to 10,000 times Earth’s regular pace.
Nature powers human endeavors, underpinning productivity, culture and even beliefs and identities. This said, our economies, livelihoods, food security, health and quality of life are under threat due to global change. We are exploiting natural resources faster than they can recover. For example, over almost one million years, our oceans have offered a stable environment to an enormously wide variety of life forms, but currently, marine organisms are facing environmental changes that challenges their physiological capacities, as oceans are getting warmer, more acidic and with less dissolved O2 (for details on marine past extinctions see paper of Harnick et al. 2012 in Trends Ecol Evol). The consequences of these environmental disturbances span from changes in the distribution of populations after migrations or local extinctions to the global extinction of species.
Much effort has been done in the last decades to anticipate the response of organisms to the ongoing changes, and particularly to assess its vulnerability to extinction by identifying the role of the environment in shaping the life-history, morphological and physiological characteristics of populations and species. Yet, species are embedded into networks of ecological interactions, and therefore they can go extinct not only because of abiotic triggers, but also because of the ecological crisis resulting from the re-assembly of communities as some species succumb and others expand their range. In a community, primary extinctions can result in the secondary extinction of other species, because of their interconnectedness in ecosystems. If a primary extinction affects a pivotal species, for example, it can be followed by the loss of multiple interdependent species, as is the case for extinction cascades.
Understanding how and why extinction cascades occur, following the removal of a species with narrower environmental tolerance, and predicting which species will be involved remain an important challenge in contemporary ecological theory. In the last decades, researchers have developed and applied the theoretical framework of species distribution models, also referred to as climate envelope-modeling, habitat modeling, and environmental or ecological niche-modeling. By correlating the records of occurrence of a species (or its physiological tolerances) with data of environmental predictor variables at these locations, these models estimate the areas where a species can persist and then predict the locations where it will be found, given the future climatic scenarios. As a recent improvement, these models can now account for the effect of ecological interactions among species to track its turnover in space and time. Ongoing extinctions would provide data to parameterize this model, but still we will not be able to delimit general patterns on the probability or occurrence of extinction cascades affecting marine ecosystems. This information gap can be filled in using recurring patterns occurred during past extinction events. From the last five mass extinctions, the last three, at the end of Permian, Triassic and Cretaceous, were characterized by combined alterations in the atmospheric and oceanic chemistry, climate change and decrease in oxygen levels in the deeper ocean. These events, which are somewhat similar to what Earth is now experiencing, triggered dramatic environmental changes, which caused the loss of between 75% and 90% of extant biodiversity.
A wide range of research questions involving biological systems can be answered by integrating data of ancient biological interactions among organisms, recorded in the geologic past of marine ecosystems, and paleoclimatic data. Is the strength of biological interactions determined by the challenges that the abiotic environment impose? To which extent can community richness prevent a cascade extinction? Which species are those that trigger other species loss once they are extinct? How easy it can be for a pivotal key species to resist environmental change before becoming extinct and lead the extinction of communities? Are there environments that promote cascade extinctions? The analysis of fossil record dataset, along with theoretical advances in distribution models and hypothesis-driven research, have the potential to improve our understanding of how extinctions of species will occur in the coming decades and its impact on future biological diversity.
With extinction rates at their highest levels ever, and numerous species under threat due to human activity, it is of great importance to somehow anticipate the fate of biodiversity both for ecosystems conservation and management. But most importantly, it is necessary to raise concern about the fact that we should change our economic policies based on the exploitation of natural resources if we want to avoid a negative domino effect that would lead to an even greater loss in species. In the last two/three decades, scientists have focused on modelling the impacts of ongoing environmental changes on the distribution of species. Currently, the effort has moved toward projecting the fate of biodiversity while identifying patterns and triggers of the upcoming extinction.
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Predecir el destino de la biodiversidad con datos de extinciones masivas pasadas
Según el último informe sobre el estado de los ecosistemas del mundo de la Plataforma Intergubernamental de Ciencia-Política sobre Biodiversidad y Ecosistemas Servicios (IPBES), se espera que la crisis actual de biodiversidad inducida por el cambio global conduzca a la extinción de un millón de especies en las próximas décadas. Al observar la historia de la vida en la Tierra, las extinciones son habituales y, junto con la evolución y la dispersión de las especies, promueven el recambio de organismos. De hecho, las bajas tasas de extinción que se presentan continuamente en la naturaleza, han sido el motor de la diversificación de las formas de vida en nuestro planeta. Pero cuando la tasa de extinciones de especies aumenta durante períodos de tiempo relativamente cortos, se convierten en extinciones masivas con un impacto enorme sobre la biodiversidad. Actualmente, los científicos coinciden en que nuestro planeta se encuentra en medio de su sexta extinción masiva. Por ejemplo, la tasa actual de extinción de especies se estima en alrededor de 100 a 10.000 veces el ritmo regular de la Tierra.
La naturaleza impulsa las actividades humanas, sustentando la productividad, la cultura, e incluso las creencias e identidades. Por lo tanto, la crisis global climática amenaza nuestras economías, modos de vida, seguridad alimentaria, salud y bienestar. Los recursos naturales se explotan y consumen más rápido de lo que pueden recuperarse. Por ejemplo, durante casi un millón de años, los océanos han ofrecido un entorno estable a una enorme variedad de formas de vida, pero actualmente, a medida que los océanos se vuelven más cálidos, más ácidos y con menos O2 disuelto, los organismos marinos se enfrentan a cambios ambientales que desafían sus capacidades fisiológicas (para detalles sobre extinciones marinas pasadas ver el artículo de Harnick et al. 2012 en Trends Ecol Evol). Las consecuencias de estas perturbaciones ambientales abarcan desde cambios en la distribución de las poblaciones debidos a migraciones o extinciones locales, hasta la extinción global de especies.
En las últimas décadas, se ha realizado un gran esfuerzo para predecir la respuesta de los organismos a los cambios ambientales en curso, y en particular para evaluar su vulnerabilidad a la extinción, identificando el rol del ambiente sobre las características biológicas, morfológicas y fisiológicas de las poblaciones y especies. Sin embargo, las especies están integradas en redes de interacciones ecológicas y, por lo tanto, pueden extinguirse no sólo debido a factores abióticos, sino también debido a la crisis ecológica resultante del re-ensamblaje de comunidades, a medida que algunas especies sucumben y otras expanden su distribución. En una comunidad, las extinciones primarias pueden resultar en la extinción secundaria de otras especies, debido a su interconexión en los ecosistemas. Por ejemplo, la extinción primaria de una especie clave puede ser seguida por la pérdida de múltiples especies interdependientes, como es el caso de las extinciones en cascada.
Un desafío importante en la teoría ecológica contemporánea, es comprender cómo y por qué se presentan las extinciones en cascada, después de la eliminación de una especie con una tolerancia ambiental más reducida, y predecir qué especies se verán más afectadas. En las últimas décadas, los investigadores han desarrollado y aplicado el marco teórico de modelos de distribución de especies, también conocidos como modelos de nicho ambiental o ecológico. Estos modelos predicen los lugares donde una especie se encontrará, dado el escenario de clima futuro, al correlacionar los registros de ocurrencia de esa especie (o sus tolerancias fisiológicas) con datos de variables predictoras ambientales en un ecosistema. Adicionalmente, a estos modelos se pueden incorporar el efecto de las interacciones ecológicas entre especies para proyectar su recambio en el espacio y el tiempo. Las extinciones en curso pueden proporcionar datos para implementar estos modelos, pero sin delimitar los patrones generales sobre la probabilidad u ocurrencia de las extinciones en cascada que afecten a los ecosistemas marinos. Este vacío de información se puede llenar, utilizando patrones recurrentes durante eventos de extinción pasados. De las últimas cinco extinciones masivas, las últimas tres, al final del Pérmico, Triásico y Cretáceo, se caracterizaron por alteraciones combinadas en la química atmosférica y oceánica, el cambio climático y la disminución de los niveles de oxígeno en las profundidades del océano. Estos eventos, que son algo similares a lo que está experimentando la Tierra ahora, desencadenaron cambios ambientales dramáticos que causaron la pérdida de entre el 75% y el 90% de la biodiversidad existente.
Integrando datos de interacciones biológicas entre organismos, registrados en el pasado geológico de los ecosistemas marinos, y datos paleoclimáticos, se puede responder a una amplia gama de preguntas de investigación. ¿Es la fuerza de las interacciones biológicas determinada por los desafíos que impone el entorno abiótico? ¿En qué medida la riqueza comunitaria puede prevenir una extinción en cascada? ¿Qué especies son las que provocan la pérdida de otras especies una vez que se extinguen? ¿Qué tan fácil es para una especie clave, el resistir el cambio ambiental antes de extinguirse y liderar la extinción de las comunidades? ¿Hay entornos que promueven las extinciones en cascada? El análisis de datos de registros fósiles, junto con los avances teóricos en los modelos de distribución y la investigación basada en hipótesis, tienen el potencial de mejorar nuestra comprensión de cómo ocurrirán las extinciones de especies en las próximas décadas y su impacto en la diversidad biológica futura.
Con las tasas de extinción en sus niveles más altos y con numerosas especies amenazadas por las actividades humanas, es fundamental anticipar de alguna manera el destino de la biodiversidad tanto para la conservación como para el manejo de los ecosistemas. Pero lo más importante es que, es necesario generar preocupación sobre el hecho de que debemos cambiar nuestras políticas económicas basadas en la explotación de los recursos naturales para evitar un efecto dominó negativo que conduzca a la pérdida de más de especies. En las últimas dos o tres décadas, los científicos se han centrado en modelar los impactos de los cambios ambientales sobre la distribución de especies. Actualmente, el esfuerzo se ha enfocado en determinar el futuro de la biodiversidad, identificando patrones y desencadenantes de la próxima extinción.
This text was gently reviewed by Olga María Pérez Carrascal
Photo credit : Marisol Cumsille
Aura M. Barría is a Marine Biologist with a PhD in Ecology and Evolution (Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile). Her research has focused on linking evolutionary and biogeographical patterns of physiological performances of ectotherms species, to predict their distribution under global changes. Currently, she has a postdoctoral position at the Marine Eco-Evolutionary Physiology Laboratory with Dr. Piero Calosi at the Université du Québec à Rimouski (UQAR) in collaboration with Dr. Dominique Gravel at the Université de Sherbrooke and Richard Cloutier, also at UQAR. She is working into estimating direct effects of environmental change on species abundance and distribution, indirect effects of changes in species interactions, the strength and environmental sensitivity of interactions, and the potential for novel communities composition.
Je ne pensais jamais que je commencerais ma carrière post-maitrise à Spruce Grove, une petite ville environ 30 minutes à l’ouest d’Edmonton, Alberta, mais on y est! Je ne planifierais pas non plus de dépenser autant de temps sur les dessins des spermophiles…voilà, la vie d’une communicatrice scientifique.
Une illustration que j’ai fait au travail sur la biologie des spermophiles. Aisément, j’étudiais les spermophiles en Alberta comme technicienne de terrain il y a quatre ans. Pour cette raison, j’étais bien familière avec les expressions faciales de ces rongeurs grincheux…mes expériences comme chercheuse m’aident beaucoup maintenant que je travaille comme communicateur scientifique!
J’ai fait ma maîtrise en biologie à l’UQAM, mais en ce moment je travaille comme Écologiste et communicatrice scientifique chez Fuse Consulting, une compagnie qui se spécialise en communication scientifique. Quand j’ai vu le billet pour ce travail en automne 2018, j’ai pensé : Quoi ?? Ce job existe? Je pourrais faire cela comme carrière ?? À mon avis, ce travail est la définition d’un « job de rêve ». Mon rêve c’est réalisé quand j’ai reçu l’appel pour m’offrir le poste.
Comment devenir communicateur scientifique, et pourquoi?
C’est quoi un « communicateur scientifique » et comment est-ce qu’on le devient ? Moi, j’ai commencé par ce blogue. Littéralement, j’ai attenu ma première expérience comme communicatrice scientifique avec le CSBQ et Le Beagle! J’étais chanceuse parce que j’avais une amie – une autre étudiante à la maîtrise dans mon groupe de recherche – qui m’a demandé si j’aimerais aider revitaliser le blogue du CSBQ. Mon implication avec l’équipe était le produit de cet offre chanceux combiné avec mon intérêt à long-terme à l’écriture et les illustrations. Bien sûr, j’ai dit « oui » : j’ai beaucoup aimé l’idée d’une occasion pour combiner mes connaissances scientifiques avec mes autres passions créatives.
L’autre partie qui m’a intéressé était que la communication scientifique fait d’accord fortement avec mes valeurs et mes croyances : à mon avis, la recherche doit être rapportée clairement pour que tout le monde puisse comprendre et apprécier les nouvelles découvertes. Pour les chercheurs et chercheuses parmi nous, c’est probable que votre recherche est rendue possible par les contributions du grand public – les taxes qui viennent éventuellement (pas sans grand effort, à travers les applications de bourses!) dans le compte d’un professeur ou un étudiant. À mon avis, il est logique que ce devrait être un échange égal : les résultats de la recherche devront être renvoyés au public qui ont fourni les fonds au premier lieu.
Il y a plusieurs options pour la communication scientifique avec le grand public: ce pourrait être par une communication directe, comme une infographie qui est disponible gratuitement.
Ce pourrait être aussi par l’application des résultats vers un service publique; par exemple, les résultats de recherche pourraient être communiqués en façon accessible avec un décideur politique qui peut proposer un changement aux politiques. Chez Fuse, on dit que « we connect knowledge producers to knowledge users » (on met en contact les producteurs de la connaissance avec les utilisateurs de la connaissance). Pour cette fonction en particulier, je pense que la communication scientifique occupe un rôle important dans notre société.
Cette infographie, faite par ma collègue Sonya Odsen, aide à expliquer les effets de profils sismiques (chemins dans la forêt utilisées par l’industrie pétrole) sur le mouvement des loups et des caribous. Cette information peut aider les gestionnaires en foresterie à faire des décisions informées sur comment améliorer la qualité de l’habitat des caribous, une espèce en péril au Canada.
La vie quotidienne
Durant un jour typique, je fais habituellement une combinaison de l’écriture (ex : les blogues, les rapports, les guides de terrain, etc.), de l’illustration (ex : les infographies, les figures), et des rencontres avec mes collègues ou avec nos clients. Pour nous, la communication avec le client fait grande partie de nos projets parce qu’il faut qu’on comprenne bien le but du projet et l’audience ciblé. Sans ces informations, on peut faire une belle infographie sans obtenir l’impact désiré!
Nous ajoutons constamment des nouvelles technologies et des nouvelles approches à notre boite à outils, et nous avons la chance de travailler sur plusieurs projets divers, alors il n’y a pas vraiment un « jour typique »! Chaque jour est différent, un changement que j’aime bien par rapport aux études aux cycles supérieurs. (Pour moi, chaque jour durant ma maîtrise était principalement une lutte pour comprendre comment utiliser R!)
Mes conseils pour ceux qui s’intéressent à une carrière non-académique
Si vous aimiez explorer la communication scientifique ou un autre domaine extérieur à l’académie, je vous suggère ceci : faites-le maintenant, pas plus tard. Je ne veux pas vous ajouter trop de pression, mais plutôt souligner qu’il ne faut pas attendre qu’« un jour » arrive. « Un jour » commence aujourd’hui!
Comme étudiant gradué, votre monde est plein d’occasions pour agrandir vos capacités. Le CSBQ est un bon exemple : ils offrent des ateliers en communication scientifique, et c’est toujours possible de contacter l’équipe Beagle pour vous impliquer. Pour ceux qui s’intéressent spécifiquement à la communication scientifique, je recommande aussi ce billet de blogue par Farah Qaiser, qui fait sommaire de beaucoup d’occasions pour vous impliquer dans ce domaine au Canada. Intéressez-vous à la politique scientifique? L’organisme Dialogue sciences et politiques (« Science And Policy Exchange ») se base à Montréal et ils cherchent toujours des bénévoles.
Je vous encourage à suivre les occasions et les sujets qui vous intéressent. Dans mon cas, mon expérience avec Le Beagle et mes autres efforts de communication scientifique durant ma maîtrise ont beaucoup contribués à la décision de mes patrons de m’embaucher à Fuse. Vous êtes étudiant, alors votre job principal est d’apprendre. Pour la plupart, je pense que la majorité de professeurs sont d’accord et qu’ils veulent soutenir les intérêts et les carrières de leurs étudiants. Si vous aimiez poursuivre des choses extérieures à votre recherche, c’est possible que votre directeur ait des suggestions pour qui contacter et comment trouver les ressources pertinentes. Si possible, je recommande développer un plan collaboratif avec votre directeur pour développer vos intérêts.
Un panneau-carte faite par mes collègues à Fuse pour un sentier de la nature près de Edmonton, AB.
Malheureusement, c’est certain qu’il existe des directeurs qui ne voient pas la valeur du développement professionnel pour leurs étudiants. Si c’est le cas pour vous, je vous encourage de chercher d’autres mentors. Je vous encourage de développer vos connaissances en faisant du bénévolat, ou de contacter quelqu’un qui travaille dans un milieu que vous aimeriez poursuivre à l’avenir. En faisant ces choses, je pense que vous trouverez des nouveaux mentors qui seront heureux de vous connecter avec des occasions et des ressources qui vous intéressent.
Une considération importante que j’aimerais mentionner est que tout le monde n’a pas le même montant de temps libre pour poursuivre leurs intérêts « alternatives » durant leurs études. C’est vrai que les occasions pour gagner l’expérience ne sont pas souvent payées. Les stages non-payés, les jobs bénévoles – c’est difficile pour les étudiants qui travaillent déjà en temps partiel pour payer leurs prêts.
J’espère qu’à l’avenir il y aura plus de postes payants et de subventions dans ce domaine. J’espère aussi que les professeurs reconnaitront plus les efforts non-payés de leurs étudiants. Ça se passe de plus en plus – je me souviens d’un professeur qui a payé les frais de congrès pour son étudiant parce qu’elle faisait les médias sociaux pour leur groupe de recherche. Il existe aussi des nombreuses bourses pour soutenir les initiatives de communication scientifique, si vous avez une idée spécifique que vous aimiez poursuivre!
Sarah Nason est écologiste et communicatrice scientifique chez Fuse Consulting Ltd. Elle a fait sa maîtrise en biologie à l’UQAM, où elle a étudié l’évolution de stratégies alternatives de reproduction chez le Wellington tree weta. Vous pouvez elle trouver sur Twitter @nasonicus ou elle contacter par courriel à sarah[at]fuseconsulting.ca.
C’est par mon
ami Romain Kosellek, réalisateur, que j’ai entendu parler de binôme, un spectacle qui associe l’art et la science de
manière subtile et originale. Ce spectacle, intitulé « Le
Poète et le Savant » a été imaginé par Thibault Rossigneux,
fondateur de la Compagnie Les Sens des Mots. Celui-ci en parle de la
façon suivante : « binôme c’est
avant tout l’envie de faire se rencontrer deux individus évoluant
dans des milieux très différents mais passionnés par leurs
activités réciproques. L’un consacre sa vie à la Recherche,
l’autre à l’Écriture. » Le principe de binôme est le suivant : après une rencontre de 50
minutes avec un chercheur, un auteur de théâtre a deux mois pour
écrire une pièce de 30 minutes pour trois voix. Celle-ci est
ensuite mise en lecture par un collectif de comédiens et metteurs en
scène, et accompagnée d’une création musicale originale. Un
spectacle binôme se déroule alors de la façon suivante :
la diffusion d’extraits de la rencontre filmée entre l’auteur et
le scientifique, puis la mise en lecture de la pièce par les
artistes de la Compagnie. La réaction filmée du
scientifique à la découverte de la pièce est aussi diffusée.
Enfin, le spectacle s’achève sur une discussion avec le public.
Moi qui suis
Chargée de Recherches à l’INRA (Institut National de Recherche
Agronomique en France) et passionnée d’art, je trouve cette
initiative vraiment belle et intéressante. On pourrait croire
d’emblée que tout ou presque oppose l’art et la science. Intuition et créativité d’un côté, rationalité et rigueur de
l’autre ; conception d’œuvres originales d’un côté et
compréhension de ce qui existe déjà de l’autre… ainsi de
suite. Ce spectacle met néanmois en évidence ce qui anime de façon
similaire ces deux univers, à savoir, comme
le dit Thibault Rossigneux, « l’intuition,
le doute, l’effort et la passion ». J’ajouterais aussi
un goût pour l’exploration, un regard approfondi et éclairant sur
le monde qui nous entoure, et la recherche d’une forme de justesse
dans l’expression, le fait de « rendre compte ».
Dans
ce spectacle, la rencontre entre ces deux univers que sont l’art et
la science se fait en deux temps : d’abord lors de
l’entretien, où l’auteur comme le chercheur découvrent des
domaines inconnus, s’étonnent mutuellement, s’amusent parfois.
La science devient alors source d’inspiration pour l’artiste. Puis la
rencontre entre art et science a lieu à nouveau lors de la
représentation : le public assiste alors à une œuvre
artistique parfois déjantée, inspirée pourtant par un projet de
recherche pointu et de haut niveau… Bref, un décalage saisissant ! Et
surtout, un autre regard sur la science.
binôme
fait ressortir ce qui dans la science fait poésie, et en cela est
une sorte de sublimation de notre activité : de quoi nous y
attacher encore plus fortement ! En plus de parler de la science
de manière artistique et décalée, cette œuvre nous invite à nous
interroger sur l’esthétique liée à notre métier et à nos
objets de recherche, ainsi que sur le sens que nous donnons à notre
activité : pourquoi cherche-t-on à en savoir toujours plus sur
la nature, sur l’Homme ? Qu’est-ce qui nous fascine, et
pourquoi ? Et peut-on rendre compte de nos recherches de manière
à la fois rigoureuse et esthétique ?
Ce
projet est pour moi d’une grande richesse; je vous le recommande, soit en tant
que spectateur, soit en tant que chercheur interviewé ! Si vous
souhaitez plus d’informations sur ce spectacle et sur la compagnie,
rendez-vous ici.
A
ce jour, plus de 30 binômes ont été réalisés, et il y a eu plus
de 120 représentations. Le spectacle est toujours représenté pour
sa première au festival de théâtre d’Avignon, puis un peu
partout en France et à l’international. La compagnie est
d’ailleurs venue au printemps dernier à Montréal ! A bon
entendeur !
Elsa Berthet est
ingénieur agronome et docteur en sciences de gestion. Après avoir
réalisé un post-doctorat de près de deux ans à l’université
McGill, elle a été recrutée en septembre 2017 comme chargée de
recherches à l’INRA (Institut National de Recherche Agronomique en
France). Elle travaille sur la mise en place de nouvelles formes
d’action collective dans les territoires agricoles et sur la
conception d’innovations pour mieux gérer la biodiversité, l’eau
et la santé des plantes.
