Les forêts de mangroves sont la clé de voûte des écosystèmes côtiers tropicaux et subtropicaux. Les mangroves peuvent pousser là où aucun autre arbre ne peut le faire et apporter d'énormes avantages à l'écologie côtière. Les systèmes racinaires complexes des mangroves piègent les sédiments et les polluants et stabilisent le littoral. Ils fournissent également des aires de reproduction et un habitat pour la vie sauvage et marine et un abri contre les tempêtes.
Malheureusement, les mangroves sont confrontées à de nombreuses menaces telles que l'élévation du niveau de la mer, la pollution en amont, l'extraction du bois et l'expansion urbaine. Les forêts de mangroves sont parmi les biomes les plus riches en carbone, et contribuent en moyenne de 14% à la séquestration du carbone dans les océans du monde. Mais lorsqu'ils sont nettoyés et détruits, ils libèrent des quantités massives de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, contribuant au changement climatique.
Il est urgent d'améliorer notre capacité à prédire la réponse des mangroves à ces menaces.
La modélisation informatique peut être utilisée pour comprendre et prédire l'impact des humains et du changement climatique sur cet écosystème vulnérable. Premièrement, des modèles doivent être développés avec suffisamment de détails pour représenter les processus structurels et physiologiques uniques de la mangrove.
La disposition des feuilles d'une plante (phyllotaxie) affecte sa capacité à effectuer la photosynthèse. Le positionnement optimal des feuilles peut maximiser la surface disponible pour intercepter la lumière du soleil. Chez les espèces de mangroves, la phyllotaxie est un phénomène largement inexploré et les modèles actuels de mangroves ne représentent pas adéquatement la morphologie variée des arbres.
Le Dr Faustino Chi, chercheur postdoctoral à la Georg-August-Universität Göttingen, et ses collègues ont reconstruit l'architecture détaillée des jeunes arbres de la mangrove rouge pour créer un modèle d'interception de la lumière.
Pour collecter des données sur la mangrove rouge, les chercheurs se sont rendus en bateau sur le côté nord-est de l'atoll de Turneffe, situé à plus de 20 milles au large des côtes du Belize. Là, ils ont pris des photographies numériques haute résolution, in situ mesures manuelles et numérisation 3D réalisée par suivi électromagnétique.
La collecte de ces données n'a pas été facile. Chi explique : « Certaines mesures ont dû être effectuées à marée basse. Il y avait aussi des défis à l'utilisation de l'équipement de numérisation Fastrak dans un environnement tropical éloigné. Par exemple, les conditions venteuses nous ont obligés à récolter les jeunes arbres et à utiliser un échafaudage fermé car les plantes devaient être complètement immobiles pour les numériser. Un générateur portatif compact était nécessaire pour alimenter l'équipement de terrain. Nous devions également avoir une main ferme pendant les heures du processus de numérisation lorsque les moustiques et les phlébotomes étaient là pour vous attraper. Il était également très important d'avoir des conteneurs résistants à l'eau ou étanches pour garder l'équipement au sec contre l'humidité élevée et les pluies soudaines sur le terrain.
Les jeunes arbres numérisés et les mesures manuelles ont été utilisés pour reconstruire l'architecture des arbres. Ensuite, ils ont créé un algorithme de phyllotaxie (disposition des feuilles sur une tige) à partir des photographies et des notes de terrain. Cela a permis aux auteurs de reconstruire numériquement les arbres avec des feuilles à l'aide de la plateforme de modélisation 3D GroIMP.
Pour simuler l'interception de la lumière par des feuilles individuelles, les auteurs ont utilisé le modèle de rayonnement basé sur le lancer de rayons stochastique intégré à GroIMP.
Les résultats préliminaires ont permis aux auteurs d'évaluer et de visualiser la proportion de lumière absorbée par les feuilles individuelles dans toute la canopée et l'effet du changement d'angle des feuilles sur le rayonnement absorbé relatif au niveau de l'ensemble du jeune arbre. Des mesures de la lumière absorbée sont nécessaires pour calculer les contributions photosynthétiques des feuilles individuelles dans les travaux futurs.
La prochaine étape pour les auteurs est de développer davantage leur modèle de jeune arbre 3D. "À l'avenir, nous prévoyons d'intégrer la simulation d'autres processus tels que l'écoulement du xylème et du phloème et le comportement mécanique structurel dans notre modèle de mangrove", explique le Dr Chi.
LIRE L'ARTICLE:
Chi, F., Streit, K., Tavkhelidze, A. et Kurth, W. (2022) « Reconstruction de la phyllotaxie à l'exemple de la mangrove rouge numérisée (mutiler Rhizophora) et application à la simulation d'interception de lumière », in silico Plants. https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac002
Ce manuscrit fait partie de in silico Plant's Numéro spécial sur le modèle structurel fonctionnel de l'usine.
