C’est dur là-bas pour une sauterelle affamée dans la prairie du Kansas. Oh, il y a plein d’herbe à manger, mais l’herbe de ce siècle n’est plus ce qu’elle était. Il est moins nutritif, déficient en minéraux comme le fer, le potassium et le calcium.
En partie à cause de ce régime pauvre en nutriments, il y a eu une énorme baisse du nombre de sauterelles ces derniers temps, d’environ un tiers sur deux décennies, selon une étude de 2020. La prairie ne saute plus comme avant – et le principal coupable est le dioxyde de carbone, déclare l’auteur de l’étude Michael Kaspari, écologiste à l’Université de l’Oklahoma à Norman.
Le dioxyde de carbone atmosphérique est à son plus haut niveau dans l’histoire de l’humanité. C’est probablement bien pour les plantes comme les graminées que les trémies grignotent. Ils peuvent transformer ce carbone atmosphérique en hydrates de carbone et construire plus de plantes. En fait, les biologistes des plantes pensaient autrefois que tout ce dioxyde de carbone supplémentaire signifierait simplement de meilleurs rendements pour les cultures. Mais des expériences sur des cultures exposées à des niveaux élevés de dioxyde de carbone indiquent que de nombreuses plantes alimentaires contiennent moins d’autres nutriments que sous les concentrations de dioxyde de carbone du passé. Plusieurs études montrent que les niveaux d’azote des plantes, par exemple, ont diminué, indiquant une teneur en protéines végétales inférieure. Et certaines études suggèrent que les plantes peuvent également être déficientes en phosphore et autres oligo-éléments.
L’idée que les plantes cultivées à l’ère actuelle riche en dioxyde de carbone contiendront moins de certains autres éléments – un concept que Kaspari classe comme une dilution des nutriments – a été bien étudiée chez les plantes cultivées. La dilution des nutriments dans les écosystèmes naturels est moins étudiée, mais les scientifiques l’ont observée à plusieurs endroits, des bois d’Europe aux forêts de varech au large de la Californie du Sud. Maintenant, des chercheurs comme Kaspari commencent à examiner les effets d’entraînement – pour voir si les herbivores qui mangent ces plantes, comme les sauterelles et les mammifères brouteurs, sont affectés.
Les rares données déjà disponibles suggèrent que la dilution des nutriments pourrait causer des problèmes généralisés. « Je pense que nous sommes sur le territoire d’une mine de canari dans une mine de charbon », déclare Kaspari.
Nourriture de moindre qualité ?
Il est clair que l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone modifie la composition des plantes de diverses manières. Les scientifiques ont mené des études de plusieurs années dans lesquelles ils pompent du dioxyde de carbone sur les cultures pour augmenter artificiellement leur exposition au gaz, puis testent la teneur en éléments nutritifs des plantes. Une grande analyse a révélé que l’augmentation du dioxyde de carbone d’environ 200 parties par million augmentait la masse végétale d’environ 18%, mais réduisait souvent les niveaux d’azote, de protéines, de zinc et de fer.
Les légumes comme la laitue et les tomates peuvent être plus sucrés et plus savoureux en raison des sucres riches en carbone ajoutés, mais perdent environ 10 à 20 % des protéines, des nitrates, du magnésium, du fer et du zinc qu’ils ont dans des conditions à faible teneur en carbone, selon une autre grande étude. En moyenne, les plantes peuvent perdre environ 8 % de leur contenu minéral dans des conditions de dioxyde de carbone élevé. Kaspari compare l’effet à l’échange d’une salade de chou frisé nourrissante contre un bol de laitue iceberg à faible teneur en nutriments.
Lorsque les légumes sont cultivés sous des niveaux élevés de dioxyde de carbone, ils deviennent généralement plus gros et plus sucrés et peuvent contenir plus de certains minéraux, tels que le calcium, selon une analyse de plusieurs études différentes. Mais les quantités d’autres minéraux, dont le zinc et le fer, peuvent diminuer.
Les scientifiques ne savent pas encore exactement comment le dioxyde de carbone supplémentaire entraîne des changements dans tous ces autres nutriments. Kaspari, qui a discuté de l’importance des micronutriments tels que le calcium et le fer dans les écosystèmes dans la revue annuelle 2021 de l’écologie, de l’évolution et de la systématique, suggère qu’il s’agit d’une simple question de ratios : le carbone augmente mais tout le reste reste le même.
Lewis Ziska, physiologiste des plantes à la Columbia University Mailman School of Public Health à New York, pense que c’est plus compliqué que de simples ratios. Par exemple, dans l’étude sur les légumes, le dioxyde de carbone élevé a augmenté la concentration de certains nutriments, comme le calcium, même s’il a limité les niveaux d’autres.
Un facteur contributif pourrait être les petites ouvertures des plantes, appelées stomates, à travers lesquelles elles absorbent le dioxyde de carbone qu’elles utilisent pour fabriquer des sucres et le reste de leurs structures. S’il y a beaucoup de dioxyde de carbone autour, ils n’ont pas besoin d’ouvrir les stomates aussi souvent ou aussi longtemps. Cela signifie que les plantes perdent moins d’humidité par évaporation à partir de ces ouvertures. Le résultat pourrait être moins de liquide remontant de la tige à partir des racines, et puisque ce liquide transporte des éléments tels que les métaux du sol, moins de ces oligo-éléments atteindraient les tiges et les feuilles.
Les scientifiques ont également postulé que lorsque le dioxyde de carbone est élevé, les plantes sont moins efficaces pour absorber les minéraux et autres éléments car les molécules racinaires qui attirent normalement ces éléments agissent à une capacité inférieure. Il y a probablement plusieurs processus en jeu, dit Ziska. « Ce n’est pas un mécanisme unique. »
Quoi qu’il se passe dans ces cultures bien étudiées, la même chose se produit vraisemblablement dans les arbres, les mauvaises herbes et d’autres espèces non agricoles, dit Kaspari. « Si cela arrive à l’approvisionnement alimentaire humain, cela arrive à tout le monde. »
Plusieurs études suggèrent que Kaspari a raison. Par exemple, même si les agriculteurs ajoutent des engrais azotés aux terres cultivées et que l’azote est ensuite emporté dans les cours d’eau ou les terres sauvages voisines, la disponibilité de l’azote est en déclin dans une variété d’écosystèmes non agricoles. Dans une analyse, les chercheurs ont examiné les niveaux d’azote dans plus de 43 000 échantillons de feuilles, collectés dans diverses études entre 1980 et 2017. Les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique ont augmenté de près de 20 % au cours de cette période et les concentrations d’azote dans les feuilles ont diminué de 9 %. Les concentrations de minéraux sont également affectées : les scientifiques qui ont étudié les arbres en Europe entre 1992 et 2009 ont observé une baisse de plusieurs, dont le calcium, le magnésium et le potassium, dans au moins certains de leurs échantillons de feuilles.
Les scientifiques peuvent également examiner des échantillons de musées et d’herbiers pour étudier comment la teneur en éléments nutritifs des plantes a changé à mesure que les niveaux de dioxyde de carbone planétaires ont augmenté. Ziska et ses collègues l’ont fait pour la verge d’or, une source de nourriture essentielle pour les abeilles. À l’aide des collections du musée d’histoire naturelle de la Smithsonian Institution à Washington, DC, ils ont analysé le pollen d’aussi loin que 1842, juste avant la révolution industrielle américaine. À cette époque, les niveaux de dioxyde de carbone étaient de 280 parties par million, contre un peu plus de 420 aujourd’hui.
La teneur en protéines du pollen, et donc le niveau nutritionnel, a diminué d’environ un tiers avec le temps, ont découvert les scientifiques. Les expériences modernes de Ziska avec des verges d’or cultivées sous des niveaux de dioxyde de carbone aussi élevés que 500 parties par million ont confirmé que plus de dioxyde de carbone produit du pollen déficient en protéines. Bien que l’on ne sache pas encore ce que cela signifie pour les abeilles, ce n’est probablement pas bon, dit Ziska.
Les résultats sont frappants, en particulier par rapport aux études sur les cultures qui ne s’appuient pas sur de grands ensembles de données historiques, déclare Samuel Myers, chercheur principal à la Harvard TH Chan School of Public Health, qui a étudié le lien entre la santé des pollinisateurs et la nutrition humaine. .