Food Chain Reactions: How Climate Change Is Impacting Canada’s Lakes

Chaînes alimentaires et réactions en chaîne, ou comment le changement climatique est en train d’impacter les lacs du Canada

Canadian lake

Origin Story: Who-Eats-Who in an Ecosystem?

We have all heard the term food chain. In case you need a quick refresher, the food chain shows the transfer of energy within a part of an ecosystem - basically, it shows you who-eats-who. In addition to the food chain, there is something called a food web. A food web describes how the different linear food chains are interconnected within an ecosystem, making them much more complex.

Some species have a bigger impact on the health of ecological communities than others – these are called keystone species. If the keystone species within an ecosystem is taken away, it can lead to an unbalanced number of predators and prey and can impact the entire ecosystem. This is known as a trophic cascade, a series of chain reactions brought on by removing or changing a link in the food chain. A well-known example of a trophic cascade happened after sea otters were overhunted off the coast of Alaska. With fewer sea otters to feast on the sea urchins, the sea urchin population grew out of control. They ate up the kelp forests and left the ecosystem barren. Why does this matter? Kelp absorbs carbon dioxide from the water, which keeps the ocean acidity level stable. Without the kelp, the extra carbon dioxide makes the water more acidic which leads to even more negative impacts on the ecosystem. As scientists, we want to understand food chains and food webs so that we can protect the keystone species and prevent trophic cascades. 


Chain Reactions in Canadian Lakes

We are starting to see more changes in food webs as climate change is impacting entire ecosystems.

Scientists need to prepare for the long-term impacts of climate change and can try to gather important information by studying different ecosystems. The Canadian North is just one example of the scope of ecosystem impacts caused by climate change, and Canada’s lakes are no exception. They too are experiencing accelerated rates of change from the warmer and shorter winters, meaning there is an overall loss of ice cover.

A team of researchers has been studying native lake trout in lakes across Canada. They knew that climate change could change Canadian ecosystems drastically. To support the study, the scientists looked for data on lake geography, their physical characteristics, and even the fish communities living within them. Eventually, they assembled a dataset of almost twenty-two thousand Canadian lakes and could draw conclusions about how the lakes are impacted by climate change.

The researchers quickly found that lake trout – a keystone species in many lakes – are moving away from their native habitats. The lakes are warming with the changing climate, which makes them less hospitable for lake trout. Warmer waters have less oxygen in them (which stresses out the lake trout) and are more appealing to other fish species like the smallmouth bass. The bass have been gradually moving further north as Canadian waters are warming, and now they compete for food with the lake trout.

There is still so much to learn about how climate change impacts food webs. Understanding one food web (like the lake trout dynamics in Canadian lakes) can provide insight into how other ecosystems might change over time. Scientists can use past research to inform their predictions for the future and help protect important species that keep our ecosystems stable and healthy.


Try This at Home: Web Weavers

Choose a habitat and think about the species that live there. Let’s think about a pond, for example. It is home to so many organisms: algae, insects, fish, frogs, turtles, snakes, and even birds. On a whiteboard or a piece of paper, write down the names (or draw a picture) of each species that might live in your habitat. Now, use arrows to draw connections between the different species. Who is a predator and who is their prey? Looking back at the pond for example, would a heron eat algae? Does a snake eat a frog? 

The arrows will help you see how complex food webs really are. You can see just how many relationships there are between species of plants and animals within one ecosystem. 


Climate Action: Protecting Our Pollinators

You can help maintain food webs in your ecosystem by helping insects! Insects are important for every ecosystem, but some species play a key role in keeping the plants happy and healthy: Pollinators! Pollinators are essential for making sure the basal species—plants—can produce the food that is consumed by other animals in the ecosystem. Here are three ways that you can help pollinators in your own backyard:   

1. Make a bee watering station!
Bees and other pollinators need water just like we do. Wouldn’t you be thirsty after a long day of hard work? Bee watering stations make sure that bees can stay hydrated and cool off while working hard to pollinate the nearby plants.

2. Plant bee-friendly native plants in your garden!
Just like humans, bees need proper nutrition to fuel their long days of flying. Bees can normally get all of their nutrients from local flowering plants. It is important to plant native species for bees to have access to their nectar and pollen to keep them healthy and strong. 

3. Leave the leaves!
If you have a green space at home (like a backyard or garden), leave the flowers, leaves, and stems outside over winter. The left-over foliage can be used by the rest of the ecosystem and improve its health year-round. They will decompose and keep your soil nutrient-rich, and they can provide protection from the harsh elements for insects and small animals during the cold winter months.


Meet Our Local Science Hero: 

Dr. Sapna Sharma 

Dr. Sapna Sharma teaches biology at York University in Toronto. She is an expert on lakes in Canada. Dr. Sharma’s research examines the impacts of environmental stressors on our lakes and the organisms that live within them. She leads international teams that conduct their own research, and she also collects data from Citizen Scientists (everyday people who want to volunteer their time to help with research, you can become one too!). All of these scientists are working together to help understand how climate change is impacting lake ice cover, water temperatures, water quality, and fish communities. Dr. Sharma’s goal is to find out how climate change affects the environment’s living beings (like the fish) and their physical features (like ice cover in winter). Dr. Sharma’s research can help us all better understand how our environment works and find new ways to fight climate change to keep our lakes healthy. 



This Science Spotlight was written based on Sharma, S., Jackson, D., & Minns, C. (2009). Quantifying the potential effects of climate change and the invasion of smallmouth bass on native lake trout populations across Canadian lakes. Ecography: A Journal of Space and Time in Ecology, 32(3), 517-525. DOI:10.1111/j.1600-0587.2008.05544.x.




Histoire de la genèse : Qui mange qui dans un écosystème ?

Nous avons tous et toutes déjà entendu l’expression chaîne alimentaire. Au cas où vous auriez besoin que l’on vous rafraîchisse rapidement la mémoire, la chaîne alimentaire montre le transfert d’énergie dans une partie d’un écosystème. En gros, cela montre qui mange qui. Outre la chaîne alimentaire, il y a autre chose que l’on appelle un réseau alimentaire. Un réseau alimentaire décrit comment les différentes chaînes alimentaires linéaires sont interconnectées au sein d’un écosystème, ce qui les rend beaucoup plus complexes.

Certaines espèces ont un plus grand impact que d’autres sur la santé des communautés écologiques. On les appelle les espèces clés de voûte ou aussi les espèces clés. Si les espèces clés de voûte d’un écosystème en sont retirées, cela peut conduire à un déséquilibre au niveau du nombre de prédateur.trice.s et de proies, et cela peut avoir un impact sur l’écosystème tout entier. Ce phénomène est connu sous le nom de cascade trophique. Il s’agit d’une série de réactions en chaîne déclenchées par le retrait ou la modification d’un maillon de la chaîne alimentaire. Un épisode bien connu de cascade trophique s’est produit lorsque les loutres de mer ont été chassées à outrance au large des côtes de l’Alaska. Comme moins de loutres de mer se sont nourries d’oursins, la population de ces derniers s’est mise à croître hors de tout contrôle. Ils ont dévoré les forêts de laminaires (varech), et ils ont fait de l’écosystème un désert. Pourquoi est-ce un problème ? Parce que les laminaires absorbent le dioxyde de carbone présent dans l’eau, ce qui fait en sorte que le niveau d’acidité de l’océan demeure stable. Sans les laminaires, le surplus de dioxyde de carbone rend l’eau plus acide, ce qui entraîne des effets encore plus négatifs sur l’écosystème. En tant que scientifiques, nous voulons comprendre les chaînes alimentaires et les réseaux alimentaires afin d’être en mesure de protéger les espèces clés de voûte et empêcher les cascades trophiques de se produire. 


Réactions en chaîne dans les lacs canadiens 

Nous commençons à observer davantage de changements dans les réseaux alimentaires au fur et à mesure que le changement climatique impacte des écosystèmes entiers.

Les scientifiques doivent se préparer aux effets à long terme du changement climatique, et ils/elles peuvent essayer de réunir des informations importantes en étudiant différents écosystèmes. Le Nord canadien n’est qu’un exemple de l’étendue des impacts causés par le changement climatique sur les écosystèmes, et les lacs du Canada ne font pas exception. Eux aussi font l’expérience de l’accélération de la vitesse du passage à des hivers plus chauds et plus courts, ce qui signifie une perte globale de la couverture de glace.  

Une équipe de chercheur.euse.s a étudié les touladis indigènes de lacs situés un peu partout au Canada. Ils/elles savaient que le changement climatique pouvait modifier les écosystèmes canadiens de manière spectaculaire. Pour appuyer leur étude, les scientifiques se sont intéressé.e.s aux données sur la géographie des lacs, leurs caractéristiques physiques, et même les communautés de poissons qui y vivent. Ils/elles ont fini par constituer un ensemble de données sur presque vingt-deux mille lacs canadiens, et ont pu tirer des conclusions sur la manière dont les lacs sont affectés par le changement climatique.  

Les chercheur.euse.s ont rapidement déterminé que les touladis, une espèce clé de voûte de nombreux lacs, sont en train de quitter leur habitat d’origine. Les lacs se réchauffent en raison du changement climatique, ce qui les rend moins hospitaliers pour les touladis. Des eaux plus chaudes contiennent moins d’oxygène (ce qui stresse les touladis), et elles attirent davantage d’autres espèces de poissons comme l’achigan à petite bouche. Les achigans ont commencé graduellement à se déplacer davantage vers le Nord au fur et à mesure du réchauffement des eaux canadiennes, et ils sont maintenant en concurrence avec les touladis pour se nourrir. 

Il y a encore tellement de choses à apprendre sur la manière dont le changement climatique impacte les réseaux alimentaires. Comprendre le fonctionnement d’un réseau alimentaire (comme la dynamique des touladis dans les lacs canadiens) peut donner un aperçu de la manière dont d’autres écosystème pourraient changer au fil du temps. Les scientifiques peuvent utiliser les travaux de recherche passés pour informer leurs prévisions pour l’avenir et aider à protéger d’importantes espèces qui font en sorte que nos écosystèmes demeurent stables et en santé.


Essayez ça chez vous : Les « tisseur.euse.s » de réseaux

Choisissez un habitat, et pensez aux espèces qui y vivent. Pensez à un étang, par exemple. Un étang abrite tellement d’organismes : des algues, des insectes, des poissons, des grenouilles, des tortues, des serpents, et même des oiseaux. Sur un tableau blanc ou un morceau de papier, écrivez le nom (ou faites un dessin) de chaque espèce qui pourrait vivre dans votre habitat. Ensuite, utilisez des flèches pour dessiner les liens entre les différentes espèces. Qui est un.e prédateur.trice.s, et qui est sa proie ? En regardant l’étang par exemple, pensez-vous qu’un héron mangerait des algues ? Un serpent mange-t-il une grenouille ? 

Les flèches vous aideront à voir à quel point les réseaux alimentaires sont complexes. Vous pouvez simplement voir combien il y a de relations entres les espèces de plantes et d’animaux dans un écosystème donné. 


Action pour le climat : Protégeons nos pollinisateur.trice.s 

Vous pouvez aider à préserver les réseaux alimentaires de votre écosystème en aidant les insectes ! Les insectes sont importants pour tous les écosystèmes, mais certaines espèces jouent un rôle clé pour ce qui est de la santé et de l’épanouissement des plantes : les pollinisateur.trice.s ! Les pollinisateur.trice.s sont essentiel.le.s pour faire en sorte que les espèces basales, à savoir les plantes, puissent produire la nourriture consommée par d’autres animaux présents dans l’écosystème. Voici trois manières dont vous pouvez aider les polllinisateur.trice.s dans votre propre cour arrière :   

1. Fabriquez une station d’abreuvement pour les abeilles !
Les abeilles et autres pollinisateur.trice.s ont besoin d’eau, tout comme nous. Est-ce que vous n’auriez pas soif après une longue journée de dur labeur ? Les stations d’abreuvement pour les abeilles permettent aux abeilles de rester hydratées et de se rafraîchir tout en travaillant fort pour polliniser les plantes des alentours.

2. Dans votre jardin, plantez des plantes indigènes bonnes pour les abeilles !
Tout comme les êtres humains, les abeilles doivent avoir une bonne alimentation pour conserver leur énergie durant leurs longues journées passées à voler. Elles peuvent normalement trouver tous les nutriments dont elles ont besoin dans les plantes à fleurs. Il est important de planter des espèces indigènes pour que les abeilles aient accès à leur nectar et à leur pollen afin de demeurer fortes et en santé. 

3. Laissez les feuilles !
Si vous avez un espace vert chez vous (comme une cour arrière ou un jardin), laissez les fleurs, les feuilles et les tiges dehors durant l’hiver. Le feuillage ainsi laissé peut être utilisé par le reste de l’écosystème et contribuer ainsi à améliorer la santé de celui-ci tout au long de l’année. Il se décomposera, et fera en sorte que votre terre restera riche en nutriments. En outre, il protègera les insectes et les petits animaux contre les difficiles conditions des mois froids de l’hiver.


Rencontrez notre héroïne scientifique locale : 

Sapna Sharma 

Sapna Sharma enseigne la biologie à l’Université York de Toronto. Elle est une experte en matière de lacs au Canada. Ses travaux de recherche portent sur les effets des stresseurs environnementaux sur nos lacs et sur les organismes qui y vivent. Elle dirige des équipes internationales qui conduisent leurs propres travaux, et elle réunit aussi des données provenant de scientifiques (ce sont des gens comme tout le monde qui veulent donner de leur temps bénévolement pour aider la recherche, et vous pouvez aussi devenir l’un.e d’eux !) Tou.te.s ces scientifiques travaillent ensemble pour aider à comprendre comment le changement climatique a un impact sur la couverture de glace des lacs, la température de leurs eaux, et sur leurs communautés de poissons. L’objectif de Sapna Sharma est de trouver comment le changement climatique affecte les êtres vivants de l’environnement (comme les poissons) et leurs caractéristiques physiques (comme la couverture de glace en hiver). Les travaux de recherche de madame Sharma peuvent nous aider tous et toutes à mieux comprendre comment notre environnement fonctionne, et à trouver de nouvelles façons de lutter contre le changement climatique pour que nos lacs demeurent en bonne santé. 



Ce guide « Pleins feux sur la science » a été écrit sur la base de l’article de Sharma, S., Jackson, D., et Minns, C. (2009). « Quantifying the potential effects of climate change and the invasion of smallmouth bass on native lake trout populations across Canadian lakes ». (Quantification des effets potentiels du changement climatique et de l’invasion des achigans à petite bouche dans les populations indigènes de touladis dans les lacs canadiens (Traduction libre)) Ecography : A Journal of Space and Time in Ecology, 32(3), 517-525. DOI:10.1111/j.1600-0587.2008.05544.x.