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Comment les organismes répondent-ils aux changements environnementaux ?
Les humains modifient le monde de nombreuses façons, et pas toujours pour le mieux. Les changements que nous provoquons posent souvent de graves problèmes aux animaux, aux plantes et aux microbes dans la nature, qu’il s’agisse de l’introduction d’agents pathogènes ou d’espèces exotiques envahissantes, de l’ajout de substances toxiques ou d’un excès de nutriments, ou encore du changement climatique. Souvent, plusieurs changements se produisent en même temps. Le laboratoire de Nelson Hairston se concentre sur les environnements d’eau douce, en particulier les lacs et les étangs, où certaines des espèces présentes réagissent aux changements environnementaux en diminuant leur nombre, voire en s’éteignant, tandis que d’autres peuvent en profiter à l’excès, devenant si dominantes qu’elles posent des problèmes, comme dans le cas des efflorescences algales nuisibles stimulées par l’enrichissement en nutriments ou le réchauffement climatique. Le laboratoire d’Hairston étudie comment les espèces individuelles, les réseaux alimentaires et les écosystèmes entiers sont modifiés lorsque l’environnement change.
L’une des façons dont certains organismes d’eau douce répondent aux changements environnementaux est d’évoluer rapidement. Un changement marqué dans l’environnement favorise certaines caractéristiques des plantes, des animaux et des microbes par rapport à d’autres. Ces différences de caractères sont souvent d’origine génétique, de sorte que les caractéristiques favorisées peuvent augmenter dans la génération suivante. Plus le temps de génération est court, plus ce changement évolutif peut être rapide. Par exemple, le plancton minuscule mais abondant, mangé par les poissons et d’autres animaux plus grands, peut s’adapter à un environnement modifié en quelques années car son temps de génération n’est que de quelques jours. Le laboratoire d’Hairston a montré que les « puces d’eau » planctoniques (Daphnia), grands consommateurs d’algues en suspension dans les lacs, ont évolué pour devenir tolérantes aux algues nuisibles dans les dix ans qui ont suivi l’apparition des efflorescences. Cette évolution rapide (appelée « sauvetage évolutif » en biologie de la conservation) soulève de nombreuses questions intrigantes, pour tous les environnements, et pas seulement pour les eaux douces : Dans quelle mesure pouvons-nous compter sur le fait que les espèces s’adaptent plutôt que de s’éteindre lorsque leur environnement change ? Comment l’évolution d’une espèce qui joue un rôle écologique critique modifie-t-elle les interactions qu’elle a avec d’autres espèces, et le fonctionnement de l’écosystème tout entier ?
Mesurer et prédire les changements évolutifs rapides, de la résistance aux antibiotiques aux espèces envahissantes. 
Le laboratoire Ellner étudie également comment les organismes évoluent en réponse aux changements environnementaux. Nous savons maintenant que des changements évolutifs majeurs peuvent se produire en quelques générations, et peuvent jouer des rôles importants dans le succès des espèces envahissantes et la capacité des espèces indigènes à persister lorsque les environnements changent. L’évolution de la résistance aux antibiotiques est également un défi majeur pour le contrôle et le traitement des maladies infectieuses. Ainsi, pour les espèces que nous espérons conserver, contrôler ou éliminer, il ne suffit pas de savoir comment elles sont aujourd’hui, nous devons également prévoir comment elles vont évoluer. Le laboratoire travaille sur les moyens de mesurer l’importance de l’évolution rapide, de prédire quand elle se produira et quelles en seront les conséquences. Pour tester nos théories, nous utilisons principalement des écosystèmes artificiels de laboratoire, mais nous analysons également des données à long terme provenant d’écosystèmes naturels et des maladies infectieuses des humains, des coraux et d’autres organismes. La figure de gauche est une comparaison entre les résultats théoriques et expérimentaux sur la façon dont l’évolution rapide des proies affecte la dynamique prédateur-proie.
L’érable à sucre va-t-il disparaître du paysage du Nord-Est ? 
Les projections de réchauffement climatique couplées aux préférences de température tirées de la distribution actuelle des arbres font que certains scientifiques prédisent que les érables à sucre et rouges seront remplacés par des espèces forestières adaptées à des températures plus chaudes dans le Nord-Est des États-Unis. L’érable à sucre est l’espèce d’arbre la plus abondante dans les forêts du Nord-Est, avec une immense importance écologique, économique et culturelle. Le professeur Brian Chabot et ses étudiants ont examiné cette hypothèse à l’aide d’ensembles de données à long terme et de la modélisation de la performance des arbres. Contrairement à la prédiction, ils ont déterminé que les érables augmentent en abondance dans la plupart des États et que les espèces supposées les remplacer diminuent. D’autres facteurs, tels que la consommation de jeunes plants par les cerfs, affectent également de manière significative l’abondance relative des espèces d’arbres. Ils ont également projeté l’impact du réchauffement climatique sur la production de sucre. Cet impact est modeste et peut être contré par une modification des pratiques de gestion des forêts acéricoles. La gestion active des forêts par les propriétaires fonciers intéressés à maintenir l’érable dans le paysage pour des raisons économiques sera un facteur clé pour contrer les effets du changement climatique.