Comment sauver la « peau » du désert ?

Au beau milieu du désert de l'Arizona, Anita Antoninka arrose avec parcimonie de minuscules points noirs. Malgré un sol poussiéreux à première vue dénué de vie, l'écologiste est formelle : il y a de la vie là-dessous et elle s'apprête à la ressusciter. Quelques secondes plus tard, les points noirs se déploient pour former une somptueuse couverture de feuilles vert bouteille, plus communément appelée mousse.

Chaque mousse ne fait pas plus de quelques millimètres et l'apparition soudaine d'une centaine d'entre elles vient de créer sous nos yeux un véritable tapis de vie. À travers ce numéro de biologie, Antoninka vient de révéler un « mini écosystème fonctionnel. »

Avec ou sans eau, cette couche de microbes épaisse de quelques millimètres forme une peau vivante qui protège les régions les plus arides de la planète et porte le nom de croûte biologique. Ces croûtes composées de plantes absorbent du dioxyde de carbone et libèrent de l'oxygène. Elles fertilisent les sols asséchés en convertissant le nitrogène de l'atmosphère en une forme exploitable par les plantes, ce qui favorise l'apparition de plantes plus grandes dont les racines fixent le sol et limitent l'érosion.

Hélas, les croûtes biologiques des milieux secs de notre planète sont aujourd'hui menacées par le changement climatique, l'élevage et d'autres activités humaines, comme certains de nos loisirs. Ces croûtes peuvent repousser, mais le processus s'étale sur plusieurs siècles. D'après les scientifiques, la perte de cet élément vital mais peu connu de nos écosystèmes entraînera une multiplication des tempêtes de sable dévastatrices et un déclin de la biodiversité.

C'est pourquoi Antoninka, rattachée à l'université d'Arizona du Nord, et un petit groupe de chercheurs se sont lancé un défi ambitieux : faire pousser de la croûte en jardin avant de la transplanter dans les milieux secs les plus vulnérables du Sud-Ouest des États-Unis. En outre, ce projet offre aux scientifiques une chance d'étudier l'impact du changement climatique sur ces écosystèmes endurants, mais fragiles.

« Ces expériences sont une bonne occasion de pousser le système pour comprendre les mécanismes » qui assurent la résilience des croûtes biologiques face au changement climatique, explique Sasha Reed, écologiste au Southwest Biological Science Center de l'Institut d'études géologiques des États-Unis.

FORMATION DES CROÛTES

De nos jours, les croûtes biologiques recouvrent plusieurs milliers de kilomètres carrés à travers le monde, environ 12 % des terres de la planète d'après les estimations des scientifiques, mais tout commence avec de simples petits microbes : les cyanobactéries. Après avoir été arrachées par le vent à une autre croûte biologique, certaines espèces de cyanobactéries sont capables de vivre sur un sol meuble et aride, ce qui suffit à faire naître une nouvelle parcelle de croûte biologique.

Cependant, ces cellules pourtant robustes ont une faiblesse majeure : à l'instar des plantes, elles absorbent la lumière, mais comme en témoigne leur couleur pâle, elles ne produisent pas de mélanine, un pigment sombre agissant comme une crème solaire, ce qui expose leur ADN aux rayons UV et leurs effets néfastes. Lorsque le Soleil devient trop intense, les cyanobactéries monocellulaires se retirent juste sous la surface en sécrétant des sucres collants grâce auxquels ils se déplacent.

Avec la pointe de sa truelle à ciment, Antoninka prélève un petit morceau de croûte sous les branches d'un mesquite et le pince entre son pouce et son index. Elle me montre plusieurs pelotes de terre suspendues à des fils quasiment invisibles, reliquats des glucides gluants laissés par les cyanobactéries. Sans cette activité, cette croûte solide ne serait qu'un autre tas de sable, indique Antoninka.

« Pensez aux spaghettis. En les jetant contre un mur, ils collent. C'est pareil ici, » illustre Antoninka, les yeux éblouis par le puissant Soleil qui réchauffe à plus de 29 °C le désert arizonien en ce jour de la mi-novembre. « En produisant cette substance, les cyanobactéries agglomèrent le sol en surface. C'est essentiel. »

Le vent emporte deux types de cyanobactéries, celles au teint pâle et d'autres plus sombres, et toutes deux apportent des nutriments essentiels et une stabilité au sol, offrant aux mousses, au lichen et aux champignons un environnement plus favorable lorsque le vent les dépose à leur tour. Ce n'est qu'une fois tous ces éléments rassemblés que l'on peut véritablement parler de croûte biologique. L'arrivée des moussons marque le début de la croissance des croûtes biologiques. Lorsque l'eau se retire, les organismes de la croûte biologique sèchent et entrent en dormance. Avec le retour de l'humidité, les plantes reprennent vie. Reed ne sait pas combien de temps les croûtes peuvent survivre entre deux périodes d'humidité, plusieurs dizaines d'années peut-être, si ce n'est plus, soupçonne-t-elle.

Comme nous l'explique Matthew Bowker, un collègue d'Antoninka à l'université d'Arizona du Nord : « Si cette couche superficielle n'était pas liée par les cyanobactéries, elle risquerait fortement d'être emportée par le vent ou par l'eau. »

ENTRE PERTE ET PROFITS

Les croûtes biologiques ont pu évoluer pour résister aux sécheresses, mais pas à l'Homme.

Le mur construit à la frontière entre les États-Unis et le Mexique longe la limite sud de l'Organ Pipe Cactus National Monument. Les véhicules des patrouilles aux frontières soulèvent un nuage de poussière quasi permanent au fil de leurs allées et venues à travers ce qui était jadis un habitat de choix pour la croûte biologique. À son arrivée dans la région pour évaluer l'influence du trafic et des engins de construction sur les croûtes, Antoninka a fait une découverte prévisible : les croûtes se portent mal. Chacun de ses pas soulève un petit nuage de poussière volatile, car aucune croûte biologique ne maintient le sol en place durant les moussons estivales.

Cette disparition affecte personnellement Antoninka, elle qui étudie les croûtes biologiques comme elle retrouverait des amis de longue date. « Voici une Heppia ! Et une Collema ! » s'exclame-t-elle. Alors qu'elle délimite le périmètre de prélèvement des croûtes pour son équipe ce jour-là, elle découvre avec plaisir une formation surprise. Accroupie, elle observe de plus près la tache sombre sur le sable beige. « Ooooooh, comme vous êtes jolis ! Bonjour là-dedans ! »

Désemparés face à la disparition massive des croûtes biologiques dans le Sud-Ouest des États-Unis sous l'influence de la construction, des incendies et d'autres activités humaines, Antoninka et Bowker font désormais pousser leur propre croûte en laboratoire. Leur ambition est de créer des candidats à la transplantation pour contribuer à la restauration des croûtes biologiques.

C'est ce projet qui a amené Antoninka et son équipe dans le désert du Sonora pour recueillir des fragments de croûte biologique en bonne santé dans la réserve nationale d'Organ Pipe, ainsi que les monuments nationaux de Tonto et de Casa Grande. La croûte saine prélevée par les scientifiques à ces trois emplacements servira de semence pour la culture en laboratoire.

Par chance pour les chercheurs, ils n'ont besoin que de petits morceaux, car les organismes de la croûte biologique sont totipotents : chaque cellule individuelle peut reproduire l'ensemble de l'organisme dans les conditions appropriées.

Et par approprié, il faut comprendre difficile. Avec leur température constante, leur ombre et leur humidité, les serres offrent une vie bien trop paisible pour les croûtes biologiques. Dans cet environnement, les expériences sont un échec. Les parcelles extérieures à l'abri de la chaleur extrême et de l'aridité constituent la recette idéale pour endurcir ces minuscules végétaux sans les tuer. L'équipe cultive actuellement de nouvelles croûtes sur de la jute et d'autres substrats biodégradables, ce qui facilite leur transport et leur implantation dans un nouvel environnement.

« Antoninka est à la tête du mouvement. C'est elle qui fait avancer la discipline aussi rapidement, » déclare Akasha Faist, écologiste et spécialiste des pâtures à l'université d'État du Nouveau-Mexique. Depuis des années, les écologistes attendaient que la croûte biologique se reforme d'elle-même, mais les efforts entrepris par Antoninka et d'autres chercheurs ont commencé à accélérer ce processus naturel.

Jusqu'à présent, les chercheurs ont cultivé la croûte biologique en s'appuyant sur les conditions de son emplacement initial. Toutefois, les travaux de Reed au sein de l'Institut d'études géologiques des États-Unis ont montré que la moindre variation de température et de précipitations pouvait exercer un stress mortel sur ces organismes déjà au bord du gouffre. Au lieu de cultiver les croûtes dans les conditions actuelles, Antoninka souhaite les placer dans des lieux plus chauds et secs afin d'anticiper le réchauffement planétaire.

« Il faut arrêter la restauration pour la situation actuelle et se tourner vers l'avenir, » déclare Antoninka. « Je ne sais pas si cela fonctionnera, mais nous devons essayer. »