Il est bien connu que les oiseaux et autres animaux dépendent du champ magnétique terrestre pour naviguer sur de longues distances lors des migrations saisonnières.
Mais comment les perturbations périodiques du champ magnétique de la planète, provoquées par les éruptions solaires et autres explosions énergétiques, affectent-elles la fiabilité de ces systèmes de navigation biologique ?
Des chercheurs de l’Université du Michigan et leurs collègues ont utilisé des ensembles de données massifs et à prolonged terme provenant de réseaux de stations radar météorologiques Doppler américaines et de magnétomètres au sol – des appareils qui mesurent l’intensité des champs magnétiques locaux – pour tester un lien feasible entre les perturbations géomagnétiques et perturbations de la migration nocturne des oiseaux.
Ils ont constaté une réduction de 9 à 17 % du nombre d’oiseaux migrateurs, au printemps et à l’automne, lors d’événements météorologiques spatiaux graves. Et les oiseaux qui choisissaient de migrer lors de tels événements semblaient éprouver furthermore de difficultés à naviguer, notamment par temps couvert en automne.
Les nouveaux résultats, dont la publication en ligne est prévue la semaine du 9 octobre dans Proceedings of the National Academy of Sciences, fournissent des preuves corrélationnelles de relations jusqu’alors inconnues entre la dynamique de migration nocturne des oiseaux et les perturbations géomagnétiques, selon les chercheurs.
« Nos résultats mettent en évidence à quel point les décisions des animaux dépendent des conditions environnementales – y compris celles que nous, en tant qu’humains, ne pouvons pas percevoir, comme les perturbations géomagnétiques – et que ces comportements influencent les schémas de déplacement des animaux au niveau de la population », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Eric Gulson. Castillo, doctorant au Département d’écologie et de biologie évolutive de l’UM.
Le champ magnétique terrestre est régulièrement impacté par des éruptions solaires qui peuvent déclencher des aurores colorées et perturber parfois les communications par satellite, les systèmes de navigation humaine et les réseaux électriques.
Mais on sait peu de choses sur la manière dont ces perturbations affectent les animaux qui dépendent du champ magnétique terrestre pour leur orientation migratoire et leur navigation. Des études expérimentales antérieures sur plusieurs décennies fournissent des preuves solides que les oiseaux, les tortues de mer et d’autres organismes sont responsables de petits changements dans l’inclinaison, l’intensité et la déclinaison magnétiques lorsqu’ils prennent des décisions d’orientation et élaborent des cartes de navigation.
Une étude récente a examiné des tens of millions d’enregistrements de baguage d’oiseaux et a révélé que les perturbations géomagnétiques étaient associées à une incidence accrue de « vagabondage » d’oiseaux migrateurs, c’est-à-dire que les oiseaux se perdent pendant la migration.
Mais la plupart des études précédentes étaient étroitement ciblées sur l’étendue géographique, la durée et le nombre d’espèces examinées. En revanche, l’étude récemment publiée utilise un ensemble de données de 23 ans sur la migration des oiseaux à travers les grandes plaines américaines pour fournir de nouvelles informations au niveau de la populace et du paysage.
Les chercheurs ont utilisé des illustrations or photos collectées dans 37 stations radar NEXRAD situées dans la voie de migration centrale des Grandes Plaines américaines, un significant corridor migratoire. La voie migratoire s’étend sur moreover de 1 000 milles aux États-Unis, du Texas au Dakota du Nord.
L’équipe de recherche a choisi cette région relativement plate afin de minimiser les influences de la topographie montagneuse ou des côtes océaniques et des Grands Lacs. Leurs ensembles de données finaux comprenaient 1,7 million d’analyses radar de l’automne et 1,4 million du printemps.
La communauté d’oiseaux migrateurs nocturnes de cette région est principalement composée d’un ensemble diversifié d’oiseaux percheurs (Passeriformes, 73 % des espèces) tels que des grives et des parulines les oiseaux de rivage (Charadriiformes, 12 %) comme les bécasseaux et les pluviers et la sauvagine (Ansériformes, 9 %) comme les canards, les oies et les cygnes.
Les balayages radar NEXRAD détectent des groupes de centaines, voire de milliers d’oiseaux migrateurs. L’intensité de la migration, c’est-à-dire le nombre d’oiseaux dans chaque groupe, peut être estimée et la way du vol peut être mesurée.
Des mesures géomagnétiques simultanées ont été obtenues through superMAG, une selection mondiale de stations au sol géomagnétiques. Les données ont été collectées à partir de stations magnétométriques situées à proximité des web-sites de radars météorologiques.
Les chercheurs ont comparé les données de chaque station radar avec un indice de perturbation géomagnétique personnalisé et spatio-temporellement explicite qui représente le changement horaire maximal par rapport aux conditions magnétiques de fond.
Daniel Welling, scientifique spatial de l’UM, et Michelle Bui, ancienne étudiante de l’Université du Texas à Arlington, ont compilé les données météorologiques spatiales et conçu l’indice de perturbation géomagnétique. Welling et Bui sont co-auteurs de la nouvelle étude.
« Le furthermore grand défi a été d’essayer de distiller un ensemble de données aussi volumineux – des années et des années d’observations du champ magnétique au sol – en un indice de perturbation géomagnétique pour chaque internet site radar », a déclaré Welling, professeur adjoint au Département des sciences et de l’ingénierie du climat et de l’espace. à l’UM School of Engineering. « Il y a eu beaucoup de travail à faire en termes d’évaluation de la qualité des données et de validation de notre produit de données last pour garantir qu’il était approprié pour cette étude. »
La mine de données a été introduite dans deux modèles statistiques complémentaires pour mesurer les effets putatifs des perturbations magnétiques sur la migration des oiseaux. Les modèles contrôlaient les effets connus de la météo, des variables temporelles telles que l’heure de la nuit et des variables géographiques telles que la longitude et la latitude.
« Nous avons trouvé un huge soutien selon lequel l’intensité de la migration diminue en cas de perturbations géomagnétiques élevées », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Ben Winger, professeur adjoint au département d’écologie et de biologie évolutive de l’UM et conservateur des oiseaux au musée de zoologie de l’UM.
« Nos résultats fournissent un contexte écologique à des décennies de recherche sur les mécanismes de la magnétoréception animale en démontrant les impacts de la météo spatiale sur la dynamique de migration à l’échelle communautaire. »
Les chercheurs ont également découvert que les oiseaux migrateurs semblent dériver in addition fréquemment avec le vent lors des perturbations géomagnétiques à l’automne, au lieu de déployer de gros endeavours pour lutter contre les vents latéraux.
« L’effort de vol » contre le vent a été réduit de 25 % sous un ciel nuageux lors de fortes tempêtes solaires à l’automne, ce qui suggère qu’une combinaison de signaux célestes obscurcis et de perturbations magnétiques pourrait gêner la navigation.
« Nos résultats suggèrent que moins d’oiseaux migrent lors de fortes perturbations géomagnétiques et que les oiseaux migrateurs peuvent éprouver furthermore de difficultés à naviguer, en particulier par temps couvert en automne », a déclaré Gulson-Castillo, qui a mené l’étude dans le cadre de sa thèse de doctorat. « En conséquence, ils peuvent consacrer moins d’efforts à naviguer activement en vol et, par conséquent, voler dans un meilleur alignement avec le vent. »
Outre Gulson-Castillo, Winger, Welling et Bui, les auteurs de l’article PNAS sont Benjamin Van Doren de l’Université Cornell, Kyle Horton de l’Université d’État du Colorado, Jing Li du Département de statistique et du Département de biostatistique de l’UM, Mark Moldwin de Département des sciences et de l’ingénierie du climat et de l’espace de l’UM, et Kerby Shedden du Département des statistiques de l’UM.
Winger et Moldwin ont été soutenus par une subvention MCubed de l’Université du Michigan. Gulson-Castillo a été soutenu par une bourse de recherche pour études supérieures de la Countrywide Science Foundation et une bourse de mérite UM Rackham. Van Doren a été soutenu par une bourse postdoctorale présidentielle Cornell. Moldwin a également été soutenu par une subvention de la NSF.
