Mycorhizes et changement climatique

Le changement climatique peut avoir divers effets sur les nombreuses espèces d'un écosystème, y compris sur les plantes et leurs relations symbiotiques. D'après nos connaissances, on peut s'attendre à trouver des mycorhizes en abondance dans n'importe quelle niche à condition que son environnement leur soit favorable. Cependant, la stabilité des écosystèmes est mise en péril en raison des effets du réchauffement et du changement climatique. Il est important de se rappeler que la relation entre la plante vasculaire et le champignon est mutualiste. Ainsi, si l'environnement global change et affecte la plante, il affectera également le champignon. Le stress environnemental subi par la plante se répercutera sur les champignons et la mycorhize ce qui peut avoir des conséquences négatives.[9]

Les mycorhizes arbusculaires, forme de mycorhize la plus répandue, définie comme "composant essentiel du sol des écosystèmes naturels et des cultures"[10] sont utilisées comme indicateur des impacts du changement climatique sur les mycorhizes dans les prochaines sections.

Loin d'être un environnement stérile comme on peut se l'imaginer, l'Arctique abrite en réalité un grand nombre de populations d'animaux, de végétaux et de champignons. Les plantes de ces régions dépendent de leur relation avec des champignons mycorhiziens. Sans ces derniers, ils ne pourraient survivre dans l'environnement rude de l'Arctique. Dans ces régions où le sol est gelé, les plantes ont plus de difficultés à obtenir de l'azote et de l'eau ce qui rend l'association avec des champignons cruciale pour leur santé et leur croissance[12].

Il est reconnu que le changement climatique affecte l'Arctique plus drastiquement que les autres régions, un phénomène connu sous le nom d'« Amplification arctique ». Il semble qu'il y ait plus de boucles rétroactives positives que négatives au niveau de l'Arctique provoquant un réchauffement plus rapide et davantage de changements imprévisibles qui affecteront les écosystèmes[13]. Puisque les mycorhizes tendent à être plus efficaces à basses températures, le réchauffement pourrait avoir un impact général sur le bien-être des colonies[14].

Les écosystèmes de l'Arctique possédant des sols avec des nutriments épars et facilement accessibles, il est indispensable pour les arbustes et autres plantes vasculaires d'obtenir ces nutriments grâce aux mycorhizes[15]. Si ces relations subissent trop de stress, une boucle rétroactive positive peut se mettre en place et mener au déclin des populations de plantes et de champignons sous l'effet d'un environnement plus difficile et possiblement plus sec[16].

"Les champignons semblent avoir des distributions géographiques limitées, mais le mode de dispersion en lui-même ne joue aucun rôle dans la détermination de ces distributions"[17]. Les limitations des animaux et des plantes sont différentes de celles des champignons. Ces derniers tendent à croître dans les environnements où existent déjà des plantes et probablement des animaux car beaucoup sont symbiotiques dans la nature et dépendent de conditions environnementales très spécifiques pour se développer. Les plantes, au contraire, dépendent d'éléments indépendants comme le vent ou d'autres animaux pour la dispersion et une fois plantées, les graines ont besoin d'un environnement spécifique pour germer[17].Les champignons mycorhiziens arbusculaires illustrent parfaitement cette dépendance avec les plantes, puisqu'on les retrouve partout où les plantes grandissent. Cependant, le changement climatique change les facteurs environnementaux. En fonction du réchauffement ou du refroidissement des climats, les plantes "se déplacent", c'est-à-dire qu'elles montrent un mouvement biogéographique[17]. Certains habitats ne sont plus viables pour certaines espèces, tandis que d'autres, auparavant hostiles, leur deviennent favorables[17]. Encore une fois, si une plante occupe un environnement favorable aux champignons mycorhiziens, la symbiose est hautement probable.

Cependant, tous les champignons ne peuvent pas vivre dans les mêmes conditions. Il est important d'en distinguer plusieurs types. Bien que certains aient un grand pouvoir de dispersion, ils font face aux mêmes barrières que les autres espèces. Le relief peut être trop élevé ou trop bas, limitant la capacité de dispersion des spores, ce qui favorisera les terrains plus ou moins plats[17]. Certains biomes sont trop humides ou trop secs pour qu'une plante s'y installe et croisse, et certains champignons ne fonctionnent pas aussi efficacement sous certains climats, ce qui limite aussi leur pouvoir de dispersion[17]. Il existe d'autres facteurs qui modulent la dispersion des champignons créant des frontières menant à une spéciation au sein d'une communauté. Ce sont par exemple la distance, les étendues d'eau, la force ou la direction du vent ou bien encore les interactions avec des animaux. Il y a aussi des "différences structurales comme la hauteur du champignon, la forme de la spore et la taille de la goutte expulsant ces spores qui déterminent les distances de dispersion"[17]. Ces traits morphologiques liés à la reproduction jouent un rôle fondamental dans la dispersion et si une barrière affecte la reproduction, comme une rivière ou l'absence d'un sol permettant la mycorhize en raison d'un abaissement du pH dû à des pluies acides, alors la germination devient impossible. Il n'y a alors pas de descendants et la population ne pourra pas croître ou se déplacer dans le temps. Les transmissions verticales des mycorhizes n'existent pas. Ainsi, pour surmonter les barrières, il est nécessaire de développer des moyens de transmissions horizontales[18]. L'endémisme chez les champignons mycorhiziens est dû aux limitations de la dispersion des espèces au sein de leurs niches respectives et de leurs habitats, cet endémisme étant bien répandu à l'intérieur de ces régions[18].

Alors que le changement climatique empêche ces champignons de se disperser, il illustre aussi d'autres points importants. La parenté phylogénétique est plus proche entre les communautés de champignons des mêmes latitudes comme c'est le cas pour les communautés végétales[17]. Suivre une espèce végétale spécifique aidera à suivre le mouvement des champignons qui lui sont ordinairement associés. Les arbres en Alaska par exemple, tendent à se déplacer vers le Nord au fur et à mesure que le changement climatique rend les régions de la toundra plus hospitalières pour ces espèces[17]. Les champignons mycorhiziens suivront mais il est difficile de prédire lesquels. Alors que la végétation au-dessus du sol est facile à observer et varie moins sur de grandes aires, le sol, lui, varie beaucoup plus sur des aires beaucoup plus petites rendant difficile le suivi des mouvements des espèces de champignons susceptibles d'entrer en compétition entre eux. Cependant, puisque les arbres d'Alaska ont besoin de champignons endomycorhiziens en grande quantité pour leur survie, il est facile de suivre leur mouvements[19]. Les mesures montrent que la distribution des champignons menant à des ectomycorhizes avec des arbres mais aussi des mycorhizes orchidoïdes, éricoïdes et arbusculaires avec des arbustes et arbres fruitiers ont varié[19]. À partir de la richesse et de la densité spécifiques des espèces à ectomycorhizes, il a été montré que "la colonisation par les graines décroît avec la distance avec la lisière de la forêt pour les espèces indigènes et invasives sur des petites échelles"[19]. Ainsi, le facteur le plus limitant pour l'expansion des forêts est en fait le champignon mycorhizien qui fait de la croissance de l'hôte une priorité au détriment de son établissement (développement du jeune arbre). Les nutriments dans le sol ne peuvent pas subvenir aux besoins de développement d'un arbre qui pousse dans la sphère d'absorption des champignons mycorhiziens en symbiose avec un autre arbre[19]. Pour aider une plante à s'établir (et donc s'aider soi-même), le champignon doit aider la plante à maintenir une absorption de nutriments équilibrée. Les espèces qui s'éloignent de l'équateur en raison du changement climatique vont très probablement recevoir d'énormes bénéfices lors de la colonisation de leurs racines par des champignons mycorhiziens et l'aide qu'ils apporteront à leurs descendants[19].

Le CO₂ n'est qu'un des gaz libérés dans l'atmosphère qui impactent de nombreux cycles naturels essentiels à la préservation de la vie quotidiennement. Il existe une multitude d'autres gaz produits par l'activité industrielle[20] qui affectent négativement les cycles du phosphore, du carbone, de l'eau, de l'azote et de bien d'autres qui aident à préserver les écosystèmes. Les champignons mycorhiziens peuvent être affectés lourdement par l'absorption de produits chimiques synthétiques qui se retrouvent dans le sol à proximité des infrastructures humaines comme les usines qui relâchent de nombreux polluants. Ces polluants peuvent pénétrer les écosystèmes de diverses manières, la pire étant les pluies acides qui précipitent les oxydes de soufre et d'azote dans les sols, ce qui blesse ou tue les plantes[20]. Ce n'est qu'un exemple pour illustrer comment la pollution peut affecter l'environnement mais aussi l'agriculture. L'avantage des mycorhizes pour l'agriculture est que les plantes survivent et se nourrissent plus facilement[20]. Les champignons mycorhiziens sont exposés au même stress induit par les effets directs et indirects des activités humaines - en particulier la pollution de l'atmosphère terrestre[20].

Parmi les polluants industriels les plus communs dans l'atmosphère on trouve les molécules SO₂, NO-x, et O₃[20]. Tous ces gaz impactent négativement les mycorhizes et le développement et la croissance des plantes. Leurs effets les plus importants incluent « la réduction de la viabilité des propagules et de la colonisation des racines, la dégradation des connexions avec les arbres, la réduction des cas de mycorhizes des arbres et réduction de l'activité enzymatique des racines pour les ectomycorhizes »[20]. La croissance des racines et leur colonisation par des champignons mycorhiziens sont des paramètres importants, puisqu'ils influencent directement l'efficacité avec laquelle la plante peut absorber les nutriments essentiels et donc, influencent la survie de la plante, plus que les autres effets[20]. Le changement climatique est corrélé avec la production de polluants atmosphériques, ainsi, il est important de comprendre comment il impacte les mycorhizes, à la fois les champignons mais aussi les plantes.