La botanique numérique transforme notre perception des collections anciennes. Les spécimens d'herbier, autrefois principalement utilisés pour la taxonomie et l'identification, aident désormais les chercheurs à étudier l'évolution, la répartition des espèces, les changements environnementaux et les priorités de conservation à l'échelle mondiale.

Pour explorer ce changement, Botany One a interviewé Docteur Barnabas Daru, Professeur adjoint de biologie à l'université de Stanford en CalifornieIl a étudié la botanique à Johannesburg et a été chercheur postdoctoral à l'Université Harvard, où il a travaillé sur de nouvelles applications des spécimens d'herbier pour la compréhension de l'écologie et de l'évolution des plantes à l'ère de l'Anthropocène. Dans ses recherches actuelles, Daru examine le rôle de la phylogénie dans la compréhension de la distribution des espèces, la conservation des communautés uniques et l'analyse des changements de distribution à l'ère de l'Anthropocène. Cet entretien a été légèrement modifié pour plus de clarté et de concision.

Qu’est-ce qui vous a poussé à vous intéresser aux plantes ?

Je n'avais jamais prévu d'étudier la botanique. C'est arrivé un peu par hasard. Je participais à un stage de terrain, une excursion organisée par l'Association de biologie tropicale en Ouganda, dans un endroit appelé Parc national de KibaleL'idée était de permettre aux jeunes étudiants de premier cycle ou à ceux qui sont sur le point de terminer leurs études de premier cycle d'acquérir une expérience de terrain et d'essayer quelque chose de nouveau. J'ai fait des études de zoologie, principalement sur les insectes, et je souhaitais donc faire quelque chose d'un peu différent. Nous avons passé un mois entier sur le terrain à mener des recherches et à être encadrés par différents professeurs. J'ai mené des expériences sur les pollinisateurs visitant une espèce de plante invasive appelée Lantana camaraÀ partir de là, j'ai été fascinée par l'observation des abeilles, des papillons et des mouches qui visitaient la plante de tant de manières différentes, notamment en comparaison avec leur comportement envers d'autres plantes indigènes. Cela m'a amenée à m'interroger sur l'importance de la contribution d'une espèce à l'alimentation de ces animaux. Dès lors, j'ai eu envie d'approfondir mes connaissances en botanique et j'ai donc entrepris des études de maîtrise et de doctorat dans ce domaine.

Qu’est-ce qui vous a motivé à poursuivre votre domaine de recherche actuel ?

Mon doctorat Elle se spécialisait en botanique appliquée, biogéographie et biologie évolutive, avec une approche axée sur les méthodes et techniques biogéographiques, évolutives et écologiques. Elle a ensuite obtenu une bourse postdoctorale à Herbier de l'Université Harvard, afin de se concentrer sur l'utilisation des collections pour l'écologie et la biologie évolutive. J'ai proposé trois objectifs : étudier les risques d'extinction, les interactions microbiennes avec les plantes, et enfin le comportement ou… biais des données d'herbierLorsque j'ai commencé mon poste de professeur, j'ai dû déterminer sur quoi les membres de mon laboratoire allaient travailler en termes de recherche et de questions. Cela m'a amené à rédiger quelques articles, puis à mettre en place un projet, en examinant… données d'herbier sur les herbes marines par exemplePuis j'ai finalement accédé à mon nouveau poste ici, en tant que professeur à Stanford, où j'ai fini par rédiger quelques articles de synthèse dans le cadre de ma quête pour vraiment comprendre ce qui se passe dans ce domaine [de l'exploitation optimale des données d'herbier].

Qu'est-ce que vous préférez dans le travail avec les collections botaniques/d'herbier ?

Je crois que c'est simplement la possibilité de retourner sur le terrain. Pour moi, il s'agit de retracer les itinéraires des prélèvements et de collecter les plantes. Je me dis que là où je me tiens, il est possible que quelqu'un, il y a cent ans, se soit tenu ici et ait cueilli la même plante. Et j'imagine aussi que, dans cent ou deux siècles, un étudiant se tiendra là et dira la même chose. Travailler avec ces collections m'a permis de comprendre que c'est faire partie de l'histoire et qu'il y a une histoire derrière chaque spécimen, si on l'observe attentivement, car chaque spécimen n'est pas qu'une simple donnée. Pouvoir retourner sur le terrain m'aide vraiment à comprendre que la collecte de ces spécimens recèle bien plus que de simples données et que la collecte des plantes demande énormément d'efforts. 

Que peuvent nous apprendre les données des herbiers sur l'évolution de la biodiversité mondiale ?

Nous pouvons utiliser données d'herbier pour comprendre les interactions écologiques et pour comprendre l'évolution au fil du temps. Nous pouvons utiliser les données d'herbier comme une sorte d'expérience de suivi à long terme, afin de tester ce qui se passe au sein des communautés végétales. Par exemple, la dynamique des populations est un aspect que nous pouvons facilement suivre : le modèle de croissance logistique écologique standard, par exemple, permet de vérifier si une espèce atteint son seuil de maturité. capacite de transport sous certaines conditions ou non. C'est quelque chose que l'on peut vraiment vérifier grâce aux données d'herbier. 

Bien que les données d'herbier présentent des problèmes (comme des biais d'échantillonnage), une fois ces problèmes corrigés et ajustés, il est possible d'étudier la direction de la migration des plantes. On peut ainsi déterminer leurs niches écologiques privilégiées et observer si leur distribution se déplace vers le nord ou le sud, l'est ou l'ouest, ou encore si elles migrent vers des altitudes plus élevées.

Les données de l'herbier peuvent également nous aider à [comprendre] biogéographie fonctionnelleLa biogéographie fonctionnelle est un domaine émergent, dont le concept découle de la diversité fonctionnelle, c'est-à-dire la manière dont on peut utiliser les caractéristiques des organismes pour comprendre leurs différences. biogéographie Il s'agit de comprendre la distribution spatiale et temporelle des caractères fonctionnels des plantes. Les données d'herbier pourraient s'avérer très utiles à cet égard. 

La manière même dont les données d'herbier ont été initialement collectées ou conçues était destinée à la taxonomie et à la systématique classiques, et elles sont aujourd'hui utilisées à d'autres fins. Cependant, dans le contexte de la systématique et de la taxonomie, une condition essentielle, pour pouvoir collecter un spécimen d'herbier et l'enregistrer, est qu'il présente des caractéristiques distinctives clés permettant son identification. 

Parmi les caractéristiques essentielles, on note la présence d'une feuille, d'une fleur et, si possible, d'un fruit. Ce sont déjà des traits fonctionnels. Ce sont donc des méthodes plus récentes, comme les modèles de vision par ordinateur, qui pourraient facilement les extraire. Un de mes étudiants au laboratoire utilise cette approche. pour rechercher des plantes dans l'ArctiqueLa façon dont les plantes réagissent à leur environnement se reflète dans leurs caractéristiques, car ce sont ces caractéristiques qui leur permettent de fonctionner. [...]

Lors de nos séjours en Alaska et dans certaines régions du Nunavut, dans le nord du Canada, les températures estivales y étaient similaires à celles de la Californie, environ 70 °C. La question est donc la suivante : si la situation évolue également dans l’Arctique, comment pouvons-nous le vérifier ? 

Nous avons retracé les itinéraires de collecte des spécimens d'herbier il y a 100 ans, mesuré la surface des feuilles et d'autres caractéristiques, puis comparé ces données à celles d'il y a 5, 10 et 100 ans afin de déceler d'éventuels changements. Nous avons mené cette étude sur différentes latitudes et observé que, même pour une même plante, la taille des feuilles augmente à mesure que l'on se déplace vers les basses latitudes, et que leurs marges se modifient également. Les données d'herbier constituent une source précieuse d'informations.

Enfin, les données d'herbier nous permettent de mieux comprendre la biogéographie de la conservation. Une piste consiste à infléchir la courbe d'évolution de la biodiversité. On peut imaginer trois scénarios possibles : si nous poursuivons nos activités actuelles, nous nous dirigerons vers un avenir où il ne restera que quelques espèces largement répandues, tandis que les espèces les plus distinctives disparaîtront. 

Mais si nous nous adaptons et apportons au moins quelques changements, nous pourrions parvenir à un avenir où la situation serait légèrement meilleure que le pire scénario, pour certaines espèces. Et puis, il y a le meilleur des scénarios : si nous mettons en œuvre des changements vraiment intéressants, la courbe pourrait peut-être s'inverser. 

Les données des herbiers peuvent vraiment nous aider à aborder ces problématiques, comme la manière d'infléchir la courbe de perte de biodiversité. Il existe un autre aspect, à l'opposé de cette perte, qui semble être un gain de biodiversité, mais un gain négatif dû aux espèces envahissantes. Ces espèces s'installent dans un paysage ; souvent, elles donnent l'impression d'enrichir la faune et la flore locales, mais en réalité, elles les homogénéisent. Elles uniformisent les communautés. Là encore, nous pouvons infléchir la courbe d'invasion des espèces de différentes manières, notamment en gérant activement les espèces envahissantes. Il existe également un scénario pessimiste, un scénario intermédiaire et un scénario optimiste.

Existe-t-il des plantes ou des espèces particulières qui ont intrigué ou inspiré vos recherches ?

J'aime faire de la biogéographie, mais de plus en plus, certaines espèces ont piqué ma curiosité. Les herbiers marins en sont un exemple. Le long des côtes californiennes, on trouve quatre espèces, dont Zostera marina, Deux Phyllospadix espèces, et puis il y a Ruppia maritimeJ'aime toutes les quatre, et nous sommes allés les cueillir sur le terrain. J'ai même écrit une chanson sur les herbiers marins. Le pavot de Californie m'intéresse beaucoup aussi, car c'est la fleur emblématique de la Californie et on ne le trouve nulle part ailleurs. Ce sont donc mes plantes préférées. Et d'ailleurs, nous avons une chanson sur les plantes. Elle s'appelle « Ma plante ». 

Pourriez-vous partager une expérience ou une anecdote de votre travail qui a marqué votre parcours et réaffirmé votre fascination pour les plantes ?

L'un de nos sites de terrain se trouvait à Iqaluit, au Nunavut, au Canada. Nous avons atterri à Montréal, puis nous avons changé d'avion pour rejoindre Kuujjuaq, plus au nord. Les avions étaient de plus en plus petits. À Kuujjuaq, nous avons pris un autre avion encore plus petit, à hélices ; c'était une première pour moi. À notre arrivée à Iqaluit, tout avait changé ; le paysage était totalement nouveau. Nous avons aussi rencontré les Inuits d'Iqaluit. Certains endroits où nous allions prélever des échantillons de plantes étaient inaccessibles, notamment des sites funéraires autochtones. Nous devions donc faire preuve d'un grand respect et d'une extrême prudence. À un endroit, nous avons même aperçu un ours de loin. Après avoir rapporté les échantillons et les avoir montés à l'herbier, je les regarde encore aujourd'hui et je garde en mémoire ce qui s'est passé, ce qui a motivé toutes ces collectes. C'est ce que j'ai préféré. 

Quels conseils donneriez-vous aux jeunes scientifiques ou aux étudiants qui envisagent une carrière en biologie/écologie végétale ?

C'est absolument passionnant ! L'idée est de montrer tout ce qu'on peut faire avec les spécimens végétaux, car les plantes sont essentielles à la vie. Elles sont à la base de la chaîne alimentaire. Nous avons besoin des plantes, et c'est pourquoi les étudier est si intéressant. Le monde végétal est fascinant… Parfois, il y a tellement d'abondance autour de nous qu'on ne les remarque même pas. Pouvoir explorer ce monde est formidable, car les possibilités sont infinies, que ce soit pour comprendre les sciences fondamentales, l'écologie fondamentale, ou pour tester des questions comme l'interaction, l'évolution ou la biogéographie. Ce sont des recherches fondamentales. 

Du début à la fin d'une carrière, on n'en aura jamais assez. [Les plantes sont essentielles à notre alimentation et à la guérison des maladies humaines, mais elles sont aussi importantes pour notre bien-être]. Nous vivons dans un monde où l'être humain aspire à se reconnecter à la nature, car elle est source de bien-être. La biologie végétale est un domaine passionnant et riche en opportunités ; il suffit d'être patient et d'en profiter.

Comment le public peut-il contribuer de manière significative à ces collections sur le plan scientifique ?

C'est assurément un grand pas en avant, et surtout INaturalist C'est vraiment génial. Je discutais avec Scott Loarie, le créateur du programme iNaturalist, et je lui disais à quel point le programme est formidable. Les gens sont sur le terrain et font des observations, mais la plupart du temps, cette armée de scientifiques citoyens qui sortent avec leurs téléphones portables pour collecter des données le font dans des endroits assez connus. Et parfois, ils n'ajoutent pas vraiment de nouvelles données à proprement parler. Là où nous avons vraiment besoin de données des régions comme l'Asie du Sud-Est, le bassin du Congo en Afrique ou l'Amazonie. 

Des endroits qui abritent une grande diversité végétale, mais malheureusement peu de gens ont l'occasion de s'y rendre pour collecter des plantes. La logistique est assez complexe, mais s'il existe un moyen de intégrer l'algorithme des lieux L'objectif est d'exclure les zones déjà suréchantillonnées et d'empêcher toute nouvelle collecte de données. C'est pourquoi, avec Scott, nous avons développé un outil appelé Green Maps. Ces cartes vertes peuvent être complétées par le programme iNaturalist, qui fournit des prédictions sur les plantes présentes dans une zone donnée. Par exemple, si vous souhaitez faire une randonnée dans les montagnes de Santa Cruz, à un endroit précis, vous pouvez saisir l'adresse et obtenir une liste des plantes que vous êtes susceptible de trouver dans cette zone. Une fois sur place, vous pouvez ainsi rechercher ces plantes, car il s'agit de prédictions. L'outil peut orienter les utilisateurs vers des lieux spécifiques afin de comparer les plantes censées y être présentes avec celles qui ont été échantillonnées. En tant qu'utilisateur, c'est donc un moyen concret de contribuer à la recherche en fournissant de nouvelles données.

Pour moi, l'objectif principal de notre travail est de mettre en lumière la valeur des collections. En effet, ces dernières années, les collections muséales et d'herbiers ont été menacées de diverses manières, notamment par des coupes budgétaires et des suppressions de financements.

L’exemple le plus récent est L'université Duke, qui a mis hors service son herbier et transfère actuellement la collection vers un autre lieu. Ainsi, bien que nos recherches ne soient pas nécessairement orientées vers des politiques publiques, nous souhaitons simplement mener des recherches fondamentales. Cependant, le message essentiel à transmettre aux décideurs politiques est parfois que ces ensembles de données sont extrêmement utiles. Ils ne sont pas inutiles. En effet, la plupart des gestionnaires et des décideurs politiques ont tendance à considérer cela comme une science dépassée, mais en réalité, toutes ces nouvelles sciences sophistiquées comme la génomique et la modélisation informatique reposent fondamentalement sur la taxonomie, la systématique et l'étude des spécimens.

Mon objectif ultime en tant que botaniste est que les gens collectent eux-mêmes des spécimens. Cela peut s'avérer complexe pour des raisons logistiques (autorisations, par exemple), mais si l'occasion se présente, je préférerais que l'on nous envoie des spécimens. Le spécimen physique est bien plus important pour la recherche que les simples données, car on ne peut pas extraire l'ADN à partir des données d'un téléphone portable. Les collections sont extrêmement précieuses, et je ne saurais trop insister sur ce point. Nous avons besoin de davantage de financements pour que les jeunes trouvent la botanique passionnante et aient envie de s'y engager.

Ce qui ressort le plus clairement de la conversation avec Barnabas Daru, c'est que les collections d'herbiers ne sont pas de figées archives de science figée. Ce sont des outils de recherche vivants : des témoignages de l'histoire des plantes, de leur évolution et des questions que nous pouvons désormais poser grâce aux nouvelles méthodes. À mesure que les collections deviennent plus accessibles et mieux connectées aux modèles écologiques, aux données sur les traits fonctionnels, à la génomique et aux sciences participatives, leur valeur ne fait que croître. Mais le dernier point soulevé par Daru est peut-être le plus important : Les archives numériques sont un outil précieux, mais elles ne remplacent pas les spécimens.Si nous voulons que les futurs chercheurs continuent de découvrir des histoires cachées dans l'évolution de la biodiversité, nous devons continuer à collecter, conserver, financer et entretenir les collections physiques elles-mêmes.

LIRE LA SUITE:

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Profil de l'auteur invité

Alisa (elle) est une écologiste canadienne passionnée d'histoire naturelle. Elle travaille dans les herbiers depuis 2017 ; elle a d'abord débuté au ministère de l'Agriculture à Ottawa, en Ontario, avant de rejoindre les Jardins botaniques royaux de Kew en 2023. Elle est actuellement à la recherche de son prochain défi dans le domaine scientifique.

Image de couverture : Une image de Dr Barnabas Daru's excursion au Nunavut, au Canada. Crédit photo Le laboratoire Daru / Travaux de terrain sur les plantes arctiques : Nunavut 2023.