Ce que révèle l’apparence des organismes du sol

Figure 1 : Méthodes d’échantillonnage et d’étude des invertébrés présents dans le sol. Les petits organismes sont extraits d’une petite carotte de sol en séchant le sol et en recueillant les individus qui tombent de l’échantillon. Les grands organismes qui se déplacent rapidement et qui vivent dans la litière de feuilles sont collectés lorsqu’ils tombent dans des pièges à fosse. Les organismes moins mobiles sont extraits d’une motte de sol à l’aide d’une pelle, puis triés à la main. Les vers de terre vivant plus loin dans le sol sont extraits en versant une solution à base de moutarde dans leurs galeries. Les organismes peu mobiles vivant dans la litière de feuilles peuvent être isolés à l’aide d’un appareil Berlèse, qui sèche la litière et piège les organismes dans un bocal (Crédit dessin : www.lesbullesdemo.fr. Crédit photo : Apolline Auclerc, EcoBioDiv lab).

Figure 2 : Différences de traits morphologiques entre neuf espèces d’invertébrés du sol appartenant à trois groupes : les vers de terre, les carabidés et les collemboles (Crédit dessin : www.lesbullesdemo.fr)

Figure 3 : Les organismes du sol en action. (1) Un ver de terre vivant dans les feuilles mortes et s’en nourrissant. (2) Un ver de terre remontant à la surface du sol en creusant une galerie large et profonde. (3) Un ver de terre vivant dans le sol et creusant de nombreuses galeries. (4) Différentes espèces de collemboles transformant des feuilles mortes en boulettes fécales. (5) Un collembole faisant un bon pour échapper à un prédateur grâce à son appendice en forme de ressort. (6) Un carabidé mangeant un escargot. (7) Un carabidé prêt à prendre son envol (Crédit dessin : www.lesbullesdemo.fr).

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Pierre Ganault¹*, Léa Beaumelle² et Apolline Auclerc³

¹ CEFE, CNRS, EPHE, IRD, Université de Montpellier, Université de Paul-Valéry Montpellier, Montpellier, France
² INRAE, UMR SAVE, Bordeaux, France
³ Laboratoire des sols et Environnement, Université de Lorraine, INRAE, LSE, Nancy France

Notre planète abrite de nombreuses formes de vie. On en trouve d’ailleurs juste sous nos pieds, dans le sol. Les vers de terre, les araignées et autres mille-pattes ne sont que quelques exemples des innombrables organismes qui vivent dans le sol. Quand on les regarde de plus près, on constate une immense diversité de formes et de couleurs. Pour les décrire, on s’intéresse à leurs caractéristiques : couleur, taille, forme, nombre de pattes, type d’ailes, durée de vie, préférences climatiques, etc. Toutes ces caractéristiques, qu’on appelle traits, nous aident à comprendre quels types d’organismes sont présents dans un écosystème donné, de quoi ils se nourrissent et jusqu’où ils peuvent se déplacer. Les scientifiques utilisent ces informations pour étudier les différents rôles des organismes du sol et restaurer les sols dégradés. En analysant leurs traits, ils sont capables de déterminer l’importance des organismes du sol et le rôle fondamental qu’ils jouent pour les sociétés humaines.

LE SOL : UNE MERVEILLE ENCORE MAL CONNUE

Sous nos pieds, des millions d’organismes vivent dans le sol[1]. Ces organismes vont des créatures microscopiques (appelées micro-organismes) aux invertébrés (comme les vers de terre) qui mesurent parfois plus d’un mètre de long. La grande diversité des organismes du sol forme la biodiversité du sol. La biodiversité désigne toutes les formes de vie présentes sur la planète.

Les écologues du sol sont les scientifiques qui étudient la diversité des organismes du sol. Ils prélèvent généralement des échantillons de ces organismes dans divers endroits, comme les forêts tropicales humides ou les champs. Ils utilisent des pelles, des pièges ou des carottiers pour prélever des échantillons de sol, selon que les organismes étudiés vivent dans le sol ou à sa surface (figure 1). Ensuite, les scientifiques attrapent à la main ou avec des pinces les organismes qu’ils voient dans leurs échantillons. Pour attraper les plus petits invertébrés du sol, ils utilisent souvent une technique appelée méthode Berlèse. En laboratoire, ils placent l’échantillon de sol dans un entonnoir et installent une lampe chauffante au-dessus de l’échantillon et un bocal en dessous. La lumière et la chaleur font descendre les minuscules organismes à travers l’entonnoir jusqu’au bocal. Après quelques jours, les scientifiques peuvent étudier les organismes qui se trouvent dans le bocal.

Lorsque tous les organismes du sol ont été collectés, un travail long et méticuleux commence. Les scientifiques comptent et observent attentivement chaque organisme afin d’identifier l’espèce à laquelle il appartient. Pour cela, ils utilisent différents types de microscopes ainsi que des clés d’identification et des livres. Le nombre total d’espèces recensées dans un écosystème donné est représentatif de la biodiversité de cet écosystème. Le travail des scientifiques n’est pas de tout repos, car les sols font partie des écosystèmes les plus hétérogènes, mais aussi les plus impactés par les activités humaines sur Terre. De plus, dans beaucoup d’endroits du monde, le sol n’a pas encore été étudié, si bien que de nombreuses espèces d’organismes vivant dans le sol n’ont pas encore été découvertes.

LA GRANDE DIVERSITÉ DES ORGANISMES DU SOL

La biodiversité du sol est si riche qu’il est pratiquement impossible de décrire les traits de tous les organismes qui y vivent en une seule fois. Pour illustrer cette diversité, nous allons décrire l’apparence et le comportement de trois types d’organismes du sol bien connus : les vers de terre, les collemboles et les carabidés (figure 2).

Taille du corps

La taille du corps constitue une différence structurelle importante entre les vers de terre, les collemboles et les carabidés, ainsi qu’entre les espèces de ces groupes. C’est l’exemple même d’un trait morphologique. Le plus petit ver de terre mesure quelques centimètres de long, tandis que les plus grands, que l’on trouve dans les forêts tropicales, peuvent atteindre 2 m de long. En Europe, les carabidés mesurent entre 2 mm et 8 cm du sommet de la tête au dernier segment de l’abdomen. Les collemboles sont beaucoup plus petits, avec une taille moyenne de seulement 2 mm, mais leur taille varie en fonction de l’endroit où ils vivent. Certaines espèces de collemboles vivant dans les feuilles mortes sont plus grandes que d’autres espèces vivant plus en profondeur dans le sol.

Mouvement

Pour trouver un habitat avec suffisamment de nourriture, d’autres organismes avec lesquels se reproduire et un faible nombre de prédateurs, les organismes du sol ont développé de nombreuses techniques de déplacement, aussi bien dans le sol qu’à sa surface. Les vers de terre n’ont pas de pattes, mais certaines espèces ont des muscles puissants et de petits poils qu’ils utilisent pour se frayer un chemin entre les particules du sol. Avec leurs six pattes, les carabidés peuvent courir à la surface du sol pour attraper leurs proies. De nombreuses espèces de carabidés ont aussi des ailes qui leur permettent d’échapper rapidement à un prédateur ou à toute autre menace, ou de se déplacer vers un endroit où se trouvent davantage de proies ou de congénères. Les collemboles se déplacent également grâce à leurs six pattes, mais un appendice spécial en forme de ressort permet à certains collemboles de faire des bonds de plusieurs centimètres pour échapper à leurs prédateurs !

Couleur

Les organismes du sol peuvent être colorés. Certains vers de terre qui vivent dans les premiers centimètres du sol, dans les feuilles mortes ou dans le compost ou le fumier sont brun-rouge, ce qui leur permet de se camoufler contre les feuilles mortes brun orangé pour ne pas être vus par leurs prédateurs et de se protéger de la lumière UV[2]. D’autres vers de terre vivant plus en profondeur dans le sol présentent souvent des couleurs pâles, comme le rose, le gris ou le vert pâles. Puisque la lumière UV ne pénètre pas dans le sol, l’obscurité règne dans leur lieu de vie ; ils n’ont donc pas de pigmentation. D’autres vers de terre encore vivent principalement dans le sol, mais sortent la tête pour se nourrir de feuilles mortes ; seule leur tête est donc pigmentée. Les collemboles présentent presque les mêmes couleurs que les vers de terre : les espèces pigmentées vivent à la surface du sol tandis que celles qui ne le sont pas vivent dans le sol[3]. Enfin, les carabidés arborent de magnifiques couleurs, en particulier ceux du genre Carabus. Leurs couleurs vives découragent les oiseaux prédateurs ou leur permettent de se camoufler dans leur environnement.

Types de bouche

Il y a un autre trait qui différencie ces trois groupes : leur type de bouche. Les carabidés ont des mandibules (mâchoires) puissantes qui peuvent être de formes et de tailles différentes en fonction de leur alimentation. Par exemple, certaines espèces ont des mandibules très longues dirigées vers l’avant pour atteindre l’intérieur des coquilles d’escargots. Les collemboles ont de petites bouches grâce auxquelles ils mangent les champignons qui poussent sur les feuilles et de petits morceaux de feuilles, créant ainsi de magnifiques feuilles mortes sculptées. Les vers de terre n’ont pas de mandibules, mais leur estomac musclé est suffisamment puissant pour broyer le sol et les feuilles qu’ils mangent.

LE RÔLE IMPORTANT DES ORGANISMES DU SOL

En observant attentivement les traits des organismes du sol, les écologues du sol parviennent à mieux comprendre ce qu’ils mangent, où ils vivent et comment ils interagissent avec leur environnement (figure 3). Les actions des organismes du sol sont extrêmement importantes pour garder les sols en bonne santé. Ces organismes peuvent modifier l’organisation physique du sol en créant des galeries, apporter des nutriments au sol en décomposant les feuilles mortes et contribuer à réguler les populations d’autres organismes du sol[4]. Voyons les rôles essentiels que jouent les trois organismes que nous avons pris en exemple.

Les vers de terre jouent un rôle crucial dans la préservation de la santé des sols par leur activité de creusement intense. Les espèces de vers de terre qui vivent dans le sol se déplacent pour manger la nourriture qu’ils y trouvent et mélangent ainsi les particules de sol avec des morceaux de feuilles mortes. En se déplaçant, ils créent de nombreuses galeries dans lesquelles l’air et l’eau peuvent circuler plus facilement[5], ce qui aide les autres organismes du sol à boire et à respirer, et favorise la croissance des racines des plantes. Certains gros vers de terre creusent des galeries verticales longues et larges (un peu comme des cheminées). D’autres creusent des galeries plus étroites, mais contribuent tout de même à remuer le sol. Les vers de terre sont donc très importants pour réduire les inondations et l’érosion du sol, et pour améliorer la santé des sols.

Les collemboles jouent également un rôle essentiel dans les sols, notamment en recyclant les nutriments des feuilles mortes, ce qui favorise la croissance des plantes. Leur population peut atteindre des densités de 10 à 100 000 individus par m² ! Ils mangent aussi de très grandes quantités de feuilles mortes et de micro-organismes (comme les champignons et les bactéries), après quoi ils produisent de nombreuses petites boulettes fécales, qui sont un mélange de minuscules morceaux de feuilles mortes et d’eau. Ces boulettes fécales sont un repas parfait pour les micro-organismes, qui transformeront les feuilles mortes en nutriments utilisables par les plantes. Le recyclage des nutriments assuré par les collemboles et les micro-organismes est extrêmement important pour les écosystèmes et la croissance des plantes.

Les carabidés ont des régimes alimentaires variés, mais ces prédateurs se nourrissent d’un large éventail de proies, allant des petits pucerons aux escargots de plus grande taille. Les différentes espèces de carabidés ont chacune leur régime alimentaire. Par exemple, l’espèce Cychrus caraboides ne se nourrit que d’escargots. D’autres carabidés attrapent quant à eux de minuscules collemboles grâce à leurs yeux bien développés (figure 3). Les carabidés jouent un rôle important dans la régulation des populations d’autres animaux. Par exemple, dans les champs, ils se nourrissent des ravageurs qui, autrement, causeraient des dégâts aux plantes cultivées. Les agriculteurs ont donc la possibilité d’utiliser des carabidés à la place des produits chimiques pour lutter contre les ravageurs. C’est ce qu’on appelle la lutte biologique, qui consiste à utiliser les interactions naturelles de type prédateur-proie entre les organismes pour lutter contre les ravageurs. Il est important de maintenir une grande diversité de carabidés dans un écosystème, car toutes les espèces ne se nourrissent pas des mêmes proies. Les carabidés n’ont en effet pas tous la même taille et mangent surtout des proies plus petites qu’eux. Une grande diversité de carabidés permet donc une meilleure régulation des ravageurs[6].

La taille du corps, le type et la taille de la bouche, les stratégies de chasse et le type de proie sont des traits importants que les écologues du sol prennent en compte pour mieux comprendre les relations entre les invertébrés du sol et leur environnement.

CONCLUSION

Il existe une incroyable diversité d’organismes dans le sol, tant au niveau de leur forme que de leur comportement. À force d’étudier ce monde incroyable, les écologues du sol ont eu la chance d’observer de nouvelles espèces et de nouveaux traits. En s’intéressant aux caractéristiques des espèces qu’ils découvrent, les scientifiques parviennent à mieux comprendre les interactions entre les organismes et les écosystèmes. Par leur grande diversité, les organismes du sol jouent de nombreux rôles, qui sont à la fois complémentaires et indispensables pour maintenir les sols en bonne santé. Nous devons impérativement préserver la biodiversité des sols face aux conséquences de plus en plus lourdes des activités humaines, comme l’agriculture intensive et le changement climatique. Il faut pour cela sensibiliser le public à l’importance des organismes du sol et améliorer nos connaissances sur la biodiversité des sols afin de réduire l’impact de nos activités sur les écosystèmes extraordinaires qui vivent sous nos pieds.

GLOSSAIRE

BIODIVERSITÉ DU SOL
La multitude de formes de vie présentes dans les sols. Elle peut être mesurée par le nombre d’espèces, de traits ou de gènes de ces organismes.

INVERTÉBRÉS
De petits animaux dépourvus de squelette interne, comme les insectes, les vers ou les mollusques.

ÉCOLOGUE DU SOL
Le scientifique qui étudie les organismes du sol, leurs interactions avec leur environnement et leur rôle dans le fonctionnement du sol.

MÉTHODE BERLÈSE
Une procédure permettant d’extraire les organismes de petite taille d’échantillons composés de feuilles mortes et de sol en les séchant et en collectant les organismes qui migrent à travers l’échantillon et tombent dans un bocal.

ESPÈCES
Les organismes qui appartiennent a la meme espece peuvent donner une descendance fertile. C’est l’unite la plus couramment utilisee pour decrire la vie sur terre. Tous les etres humains appartiennent a la meme espece, mais il existe de tres nombreuses especes d’organismes du sol.

TRAIT
Toute caracteristique d’un individu pouvant etre mesuree afin de decrire sa forme, sa mobilite, son regime alimentaire, son comportement ou sa strategie de reproduction.

LUMIÈRE UV
La partie du rayonnement solaire qui est invisible à l’œil nu et qui peut provoquer des coups de soleil.

REMERCIEMENTS                     

Les auteurs remercient le consortium TEBIS (http://www.reseau-tebis.fr/) et les différentes ONG, telles que Les petits débrouillards (https://www.lespetitsdebrouillards.org) et CARABES(https://assocarabes.com), avec lesquels ils travaillent pour sensibiliser la population et encourager la protection des sols et de leur biodiversité. Les auteurs remercient également Morgane Arietta Ganault pour la qualité et la précision de ses dessins, le mentor et les jeunes relecteurs pour leurs suggestions qui ont permis d’améliorer la qualité de l’article, ainsi que Susan Debad pour son aide avec la syntaxe anglaise qui a permis de gagner en clarté.

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

1. Orgiazzi, A., Bardgett, R. D., Barrios, E., Behan-Pelletier, V., Briones, M. J. I., Chotte, J. L., et al. 2016. Global Soil Diversity Atlas. Luxembourg: European Union. Available online at: esdac.jrc.ec.europa.eu/public_path/JRC_global_soilbio_atlas_online.pdf (accessed April 28, 2020).
2. Bottinelli, N., Hedde, M., Jouquet, P., and Capowiez, Y. 2020. An explicit definition of earthworm ecological categories–Marcel Bouché’s triangle revisited. Geoderma 372:114361. doi: 10.1016/j.geoderma.2020.114361
3. Potapov, A. A., Semenina, E. E., Korotkevich, A. Yu., Kuznetsova, N. A., and Tiunov, A. V. 2016. Connecting taxonomy and ecology: trophic niches of collembolans as related to taxonomic identity and life forms. Soil Biol. Biochem. 101:20–31. doi: 10.1016/j.soilbio.2016.07.002
4. Pey, B., Nahmani, J., Auclerc, A., Capowiez, Y., Cluzeau, D., Cortet, J., et al. 2014. Current use of and future needs for soil invertebrate functional traits in community ecology. Basic Appl. Ecol. 15:194–206. doi: 10.1016/j.baae.2014.03.007
5. Capowiez, Y., Bottinelli, N., Sammartino, S., Michel, E., and Jouquet, P. 2015. Morphological and functional characterisation of the burrow systems of six earthworm species (Lumbricidae). Biol. Fertil. Soils 51:869–77. doi: 10.1007/s00374-015-1036-x
6. Rusch, A., Birkhofer, K., Bommarco, R., Smith, H. G., and Ekbom, B. 2015. Predator body sizes and habitat preferences predict predation rates in an agroecosystem. Basic Appl. Ecology 16:250–9. doi: 10.1016/j.baae.2015.02.003

ÉDITION :Rémy Beugnon, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Allemagne

CITATION: Ganault P, Beaumelle L and Auclerc A (2021) The Way Soil Organisms Look Can Help Us Understand Their Importance. Front. Young Minds 9:562430. doi: 10.3389/frym.2021.562430

CONFLIT D’INTÉRÊTS : Les auteurs déclarent que ces recherches ont été menées en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

COPYRIGHT © 2021 Ganault, Beaumelle et Auclerc. Cet article est en accès libre selon les termes de la licence Creative Commons Attribution (CC- BY). Son utilisation, sa distribution ou sa reproduction par tous moyens et sous tous formats est autorisée, à condition que les auteurs originaux et les titulaires du droit d’auteur soient crédités, et que la publication originale dans ce journal soit citée, conformément aux pratiques académiques acceptées. Toute utilisation, distribution ou reproduction non conforme à ces conditions est interdite.

JEUNE RELECTRICE

GIULIA, 13 ANS
Je m’appelle Giulia. J’ai 13 ans. J’aime l’école et l’anglais est ma matière préférée. Pendant mon temps libre, je joue avec mon chien, je fais du tennis et je monte à cheval. En été, je m’amuse dans ma piscine avec mes amis et on va en ville à vélo, tous ensemble. En hiver, je skie avec mes parents et mes voisins.

AUTEURS

PIERRE GANAULT
Chaque fois que je me promène en pleine nature, je ne peux m’empêcher de renverser les troncs et les rochers ou de fouiller dans les feuilles mortes pour voir quelle créature incroyable s’y cache. Cette curiosité m’a amené à étudier la biodiversité des sols et à consacrer ma thèse à l’effet du mélange d’essences d’arbres sur les invertébrés du sol et le rôle de ces animaux dans les processus du sol. Je travaille également avec des associations pour rapprocher les scientifiques et la population afin de travailler ensemble à l’étude, à la compréhension et à la protection des créatures vivant dans le sol. *pierre.ganault@gmail.com

LÉA BEAUMELLE
Je suis postdoctorante à l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement de Bordeaux, en France. Mes recherches ont pour objectif de mieux comprendre les répercussions des activités humaines sur la biodiversité et le fonctionnement des sols. Pendant mon doctorat à Versailles, j’ai étudié la réponse des vers de terre face à la pollution par les métaux lourds. J’ai mené mes recherches postdoctorales en France et en Allemagne, où j’ai étudié les effets de polluants multiples, la réponse des communautés du sol et les conséquences des changements de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes.

APOLLINE AUCLERC
Je suis professeure adjointe en biologie et écologie des sols à l’Université de Lorraine de Nancy, en France. Mes recherches portent sur la capacité des écosystèmes du sol en milieu urbain et industriel à abriter une biodiversité étonnamment riche, et consistent notamment à évaluer l’adaptation des invertébrés, tels que les vers de terre, les insectes, les araignées et les mille-pattes, aux caractéristiques particulières de ces sols impactés par l’activité humaine. Je développe également des outils visant à sensibiliser la population à la qualité des sols et à la biodiversité méconnue qu’ils abritent.

TRADUCTRICE

CAROLINE PEQUEGNOT
Je suis traductrice indépendante depuis 2018 et me spécialise dans les domaines de l’agriculture et de l’environnement, notamment dans la protection de la biodiversité et des pollinisateurs. Étant aussi apicultrice, je passe beaucoup de temps entourée d’abeilles, qui sont de merveilleuses créatures desquelles nous avons beaucoup à apprendre. https://www.linkedin.com/in/caroline-pequegnot-translation/

FINANCEMENT (TRADUCTION)

L'équipe de Translating Soil Biodiversity remercie le Centre allemand pour la recherche intégrative sur la biodiversité (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG FZT 118, 202548816).