Les êtres humains ont une longue histoire de persécution des prédateurs de tête tels que les loups, les tigres et les léopards. La perte de ces prédateurs - des animaux au sommet de la chaîne alimentaire - a eu des impacts écologiques, économiques et sociaux dans le monde entier. Il est rare que les prédateurs se remettent complètement de l'oppression humaine et, lorsqu'ils le font, nous manquons souvent de données ou d'outils pour évaluer leur récupération.
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Les loutres de mer de Glacier Bay, en Alaska, constituent une exception. Dans une étude récente, notre équipe a relaté l'incroyable retour des loutres de mer dans une région où elles étaient absentes depuis au moins 250 ans.
Notre approche, qui allie les mathématiques, les statistiques et l'écologie, peut nous aider à mieux comprendre le rôle des loutres de mer dans les écosystèmes marins et la capacité des prédateurs supérieurs à revenir dans un écosystème après leur absence. Cela pourrait même nous aider à comprendre ce que signifie le changement de climat pour de nombreuses autres espèces.
Bien qu'elles ne soient généralement pas considérées dans la même veine que les loups, les tigres et les léopards, les loutres de mer sont un prédateur de l’écosystème marin littoral, la bande étroite séparant les habitats terrestre et océanique.
Au cours du commerce maritime de la fourrure aux 18e et 19e siècles, les loutres de mer ont été presque chassées jusqu'à l'extinction dans leur aire de répartition dans l'océan Pacifique nord. En 1911, il ne restait qu'une poignée de petites populations isolées.
Répartition historique (nuances de gris) et 1911 populations restantes (icônes rouges) de loutres de mer. Les populations des îles de la Reine-Charlotte et des îles San Benito ont disparu en 1920. (CC BY) Mais les populations de loutres de mer se sont rétablies dans de nombreuses régions, grâce à quelques changements. Le Traité international sur les otaries à fourrure de 1911 protégeait les loutres de mer de la plupart des prises humaines. Les agences de la faune ont également fait un effort pour aider la recolonisation de la loutre de mer.
Finalement, les loutres de mer ont commencé à augmenter en abondance et en répartition et se sont ensuite dirigées vers la baie Glacier, un fjord glaciaire en eaux de marée et un parc national dans le sud-est de l'Alaska. Glacier Bay est fonctionnellement l'une des plus grandes aires marines protégées de l'hémisphère nord.
Glacier Bay a été complètement recouverte de glace jusqu’en environ 17h50 - à peu près au même moment où les loutres de mer ont disparu des environs en raison d’une surpêche. Il a ensuite connu le recul le plus rapide et le plus étendu des glaciers de marée de l’histoire. Après le retrait des glaciers, un environnement riche a émergé. Ce nouvel environnement a entraîné de fortes concentrations d'animaux sauvages, notamment de proies de la loutre de mer, telles que les crabes, les mollusques et les oursins, qui ont pu grossir et grossir en l'absence de loutres de mer.
Les loutres de mer ont réapparu pour la première fois à l'embouchure de la baie Glacier en 1988. Elles y ont découvert un vaste habitat, une population de proies abondante et une protection contre toute capture humaine.
Glacier Bay National Park, sud-est de l'Alaska. (Carte utilisée avec la permission du Service des parcs nationaux) Notre approche
Il est difficile d'estimer la croissance et la propagation des populations en raison de leur nature dynamique. Chaque année, les animaux se déplacent vers de nouvelles zones, ce qui augmente la surface et les efforts nécessaires pour les trouver. Les avions à la recherche de loutres de mer doivent couvrir plus de terrain, généralement avec le même temps et le même argent. En outre, les individus peuvent se déplacer d'une zone à une autre au cours de n'importe quelle période pour diverses raisons, notamment le comportement social de la loutre de mer et sa réaction à l'environnement. Étant donné que ces défis peuvent interférer avec des estimations démographiques précises, il est important de les comprendre et de les résoudre.
Peu de temps après l'arrivée des loutres de mer à Glacier Bay, des scientifiques de l'US Geological Survey ont commencé à collecter des données pour documenter leur retour. Bien que les données indiquent clairement que les loutres de mer sont en augmentation, nous avons besoin de méthodes statistiques novatrices pour révéler l'ampleur de cette augmentation.
Tout d'abord, nous avons développé un modèle mathématique utilisant des équations aux dérivées partielles pour décrire la croissance et la propagation des loutres de mer. Les équations différentielles partielles sont couramment utilisées pour décrire des phénomènes tels que la dynamique des fluides et la mécanique quantique. Par conséquent, ils constituaient un choix naturel pour décrire comment une masse - dans notre cas, la population de loutres de mer - se propageait dans l’espace et dans le temps.
La nouvelle approche nous a permis d'intégrer notre compréhension actuelle de l'écologie et du comportement de la loutre de mer, y compris des préférences en matière d'habitat, des taux de croissance maximaux et du lieu où la loutre de mer a été observée pour la première fois à Glacier Bay.
Deuxièmement, nous avons incorporé nos équations dans un modèle statistique hiérarchique. Les modèles hiérarchiques permettent de tirer des conclusions à partir de données issues de processus complexes. Ils offrent la souplesse nécessaire pour décrire et distinguer différentes sources d'incertitude, telles que l'incertitude liée à la collecte de données et aux processus écologiques.
Les équations aux dérivées partielles ne sont pas nouvelles dans le domaine de l'écologie puisqu'elles remontent au moins à 1951. Cependant, en les fusionnant avec des modèles statistiques formels, nous pouvons inférer de manière fiable des processus écologiques dynamiques, tout en quantifiant de manière appropriée l'incertitude associée à nos résultats. Il fournit un moyen fondé sur des données pour analyser les relevés de l'abondance de la loutre de mer au cours des 25 dernières années.
Cela nous a donné des estimations rigoureuses et honnêtes de la dynamique de la colonisation intégrant notre compréhension du système écologique.
Groupe de loutres de mer dans le parc national de Glacier Bay, 2016. (Photo de Jamie Womble) En utilisant notre nouvelle approche, nous avons découvert que la population de loutres de mer de Glacier Bay avait augmenté de plus de 21% par an entre 1993 et 2012.
En comparaison, les taux de croissance estimés des loutres de mer dans d'autres populations de l'Alaska, qui se remettaient également, ont été limités à 17 à 20%. En outre, le taux de reproduction biologique maximal - le taux le plus rapide pouvant se reproduire - se situe entre 19 et 23% par an. Cela signifie que le taux de croissance de la loutre de mer de Glacier Bay était proche ou maximum et supérieur à celui de toute population de loutre de mer jamais enregistrée.
À la suite du retrait des glaciers, les loutres de mer sont passées d’existantes à coloniser la quasi-totalité de la baie Glacier en 20 ans. Aujourd'hui, ils font partie des mammifères marins les plus abondants de la baie Glacier. Des observations récentes ont permis de documenter des groupes importants de plus de 500 loutres de mer dans certaines parties de la partie inférieure de Glacier Bay, suggérant que les ressources en proies sont abondantes.
(via GIPHY) La fusion de méthodes statistiques et mathématiques à la pointe de la technologie a montré pour la première fois à quel point la croissance et la propagation de cette population étaient extraordinaires.
Les loutres de mer ont eu beaucoup de succès après le retrait des glaciers de marée dans la baie des Glaciers. Bien que la perte de glace de mer induite par le climat puisse avoir un impact négatif sur certains prédateurs de grande ampleur, tels que les ours polaires ou les morses, d'autres espèces pourraient tirer parti de l'apparition de nouveaux habitats et de proies.
Les humains ont provoqué le déclin mondial des prédateurs au sommet, et ces déclins sont souvent difficiles à inverser. Cependant, nos résultats suggèrent que, lorsque l’interférence humaine est minimale, les prédateurs de l’apex peuvent largement réussir à recoloniser un habitat convenable.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Perry Williams, boursier postdoctoral en statistiques et biologie du poisson, de la faune et de la conservation, Colorado State University
Mevin Hooten, chef d'unité adjoint, US Geological Survey, unité de recherche coopérative sur le poisson et la faune du Colorado; Professeur associé, Biologie et statistique de la pêche, de la faune et de la conservation, Colorado State University
