La cartographie isotopique révèle de l’information précieuse sur les routes migratoires et les origines des monarques

Publié le vendredi 10 septembre 2021

Une chenille de monarque

Une chenille de monarque se nourrit d'une feuille d'asclépiade au Texas au printemps 2018 (Photos: Megan Reich)

Une étudiante de l’Université d’Ottawa a parcouru 20 000 kilomètres pour récolter de l’asclépiade et procéder à une analyse isotopique de la route migratoire annuelle des monarques, dans le but de découvrir les facteurs responsables du déclin de cet insecte menacé

Avant la pandémie de COVID-19, Megan Reich, une étudiante en biologie de l’Université d’Ottawa, a fait le voyage d’une vie à travers les États-Unis dans un but bien précis : celui de récolter de l’asclépiade.

Un carte isoscape

Un "isoscape", ou carte montrant le rapport entre les isotopes lourds et légers dans le paysage, pour les rapports isotopiques du strontium. Cet isoscape a été construit à partir des rapports isotopiques du strontium analysés dans des plantes collectées dans les zones marquées par des diamants blancs.

L’asclépiade est la plante-hôte du monarque. Megan voulait en récolter un échantillon diversifié pour établir des rapports isotopiques qui permettraient de créer une carte présentant la variation des isotopes sur le territoire. Ces données l’aideraient à déterminer où ses échantillons de monarque avaient éclos et ainsi, possiblement, à mieux comprendre les routes migratoires de cet insecte en voie de disparition.

Durant son périple de 74 jours, Megan a parcouru 20 000 kilomètres dans 22 États pour prélever des échantillons avec l’aide d’enseignantes et enseignants, de biologistes d’État et fédéraux, de responsables municipaux, de propriétaires de camping ainsi que d’agricultrices et agriculteurs. Elle a par la suite publié un rapport de recherche montrant comment la cartographie des isotopes de strontium peut grandement améliorer notre capacité à suivre ces importants insectes.

« Lorsque les animaux se nourrissent, ils récoltent et préservent la signature isotopique du lieu dans des tissus inertes; dans le cas des monarques, cette signature se trouve dans leurs ailes. Ces tissus conservent la signature isotopique du lieu d’origine de l’individu », explique Megan, doctorante à la Faculté des sciences.

« Dans cette étude, nous montrons que les isotopes de strontium, particulièrement lorsqu’ils sont combinés aux isotopes d’hydrogène, peuvent aider les équipes de recherche à déterminer avec plus de précision l’endroit d’éclosion d’un monarque. Nous avons ensuite utilisé ce nouvel outil pour étudier un échantillon de monarques et établir leur lieu d’origine. »

Le suivi des monarques : une entreprise complexe

Le suivi des monarques, une espèce de petite taille qui parcourt des milliers de kilomètres et traverse des frontières internationales, est une entreprise dispendieuse et complexe. La récupération de monarques marqués est rare. Il est primordial de comprendre les routes migratoires d’un insecte qui transporte de la biomasse, des nutriments, du pollen, de l’information génétique et des services écosystémiques sur un continent, surtout pour déterminer pourquoi cette espèce est en déclin.

Megan et quelques collaborateurs de l'étude

Megan (au centre) a collecté des échantillons d'asclépiade avec l'aide des communautés locales, notamment Cindy Price (à gauche) et Mary Wilson (à droite) de Coffeyville, au Kansas.

L’importance des isotopes

« Les isotopes sont des atomes d’un même élément qui comportent le même nombre de protons et d’électrons, mais un nombre différent de neutrons, ce qui fait que leur masse est différente. Les rapports entre les isotopes lourds et légers varient géographiquement », explique Megan.

« Jusqu’à maintenant, ce sont principalement des isotopes d’hydrogène qui ont été utilisés pour déterminer l’origine des monarques et qui ont fourni de l’information essentielle à leur préservation. Contrairement aux colliers émetteurs qui peuvent indiquer avec précision le trajet parcouru par un animal, les isotopes d’hydrogène permettent uniquement d’estimer la zone où les tissus se sont formés. Dans cette étude, nous montrons que les isotopes de strontium, particulièrement lorsqu’ils sont combinés aux isotopes d’hydrogène, peuvent aider les équipes de recherche à déterminer l’endroit d’éclosion d’un monarque avec quatre fois plus de précision. »

Des indices géographiques pour comprendre le déclin des monarques

Au terme de ses travaux, Megan avait analysé 100 individus et déterminé que les monarques hivernants provenaient probablement du Texas. Elle a ainsi démontré que les isotopes peuvent aider à répondre à des questions fondamentales sur la migration animale, et fournir un portrait géographique et des indices potentiels permettant de comprendre le déclin de la population.

« Dans le cas des monarques, plusieurs raisons ont été proposées pour expliquer leur déclin, notamment la déforestation, les phénomènes météorologiques extrêmes, la disparition d’habitat sur les lieux de reproduction estivaux, la mortalité durant la migration vers le sud, l’augmentation du parasitisme et les effets des changements climatiques », précise Megan, qui a collaboré avec des collègues de l’Université de Guelph et du Center for Environmental Science de l’Université du Maryland.

Digestion des ailes

L'une des premières étapes consiste à extraire le strontium des ailes des papillons, qui se digèrent dans l'acide nitrique.

« Pour évaluer la contribution relative et l’importance de ces facteurs, nous devons mieux comprendre la connectivité et les patrons migratoires du monarque au fil du temps. Nous avons été en mesure de créer un nouvel outil de recherche prêt à l’emploi qui contribuera à la préservation du monarque. »

L’article « Continuous-surface geographic assignment of migratory animals using strontium isotopes: A case study with monarch butterflies » a été publié dans Methods in Ecology and Evolution. DOI: 10.1111/2041-210X.13707

 

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