Les espèces indicatrices sont des plantes et des animaux qui, par leur présence, leur abondance, leur manque d’abondance ou leur composition chimique, démontrent un aspect distinctif du caractère ou de la qualité d’un environnement.
Par exemple, dans les endroits où des minéraux riches en métaux se trouvent à la surface du sol, les espèces indicatrices de plantes peuvent être examinées pour comprendre les modèles de pollution naturelle, et elles peuvent même être un outil utilisé dans la prospection de corps minéralisés potentiels. Souvent, les plantes indicatrices accumulent de grandes concentrations de métaux dans leurs tissus. Des concentrations de nickel atteignant 10 % ont été trouvées dans les tissus de plantes indicatrices de la famille de la moutarde (Alyssum bertolanii et A. murale) en Russie, et une concentration atteignant 25 % est présente dans le latex bleu de Sebertia acuminata de l’île de Nouvelle-Calédonie, dans le Pacifique. De même, le Becium homblei, apparenté à la menthe, a joué un rôle important dans la découverte de gisements de cuivre dans certaines régions d’Afrique, où il est confiné aux sols contenant plus de 0,16 oz/lb (1 000 mg/kg) de cuivre, car il peut tolérer plus de 7 % de cuivre dans le sol. Les mousses dites de cuivre ont été utilisées par les prospecteurs comme indicateurs botaniques des minéralisations de surface de ce métal en Scandinavie, en Alaska, en Russie et ailleurs.
Les plantes sont également utilisées comme indicateurs des minéraux de serpentine, un constituant naturel du sol qui, en grandes concentrations, peut rendre le substrat toxique pour la croissance de la plupart des plantes. La toxicité des sols influencés par la serpentine est principalement causée par un déséquilibre de la disponibilité du calcium et du magnésium, ainsi que par la présence de fortes concentrations de nickel, de chrome et de cobalt toxiques, et de faibles concentrations de potassium, de phosphore et d’azote. Les sols de serpentine sont courants dans certaines parties de la Californie, où ils ont développé une flore distinctive avec un certain nombre d’espèces indicatrices, dont beaucoup sont endémiques à ce type d’habitat (c’est-à-dire qu’elles ne se trouvent nulle part ailleurs). Un genre de la famille de la moutarde, Streptanthus, compte 16 espèces endémiques aux sites serpentins de Californie. Trois espèces ont une distribution particulièrement étroite : Streptanthus batrachopus, S. brachiatus, et S. niger, ne sont présents que sur quelques sites. Streptanthus glandulosus, S. hesperidis, et S. polygaloides maintiennent des distributions plus larges, mais elles sont également limitées aux sites serpentins.
Les plantes indicatrices sont également présentes dans de nombreuses zones semi-arides sur des sols contenant du sélénium. Certaines de ces plantes peuvent accumuler cet élément jusqu’à des concentrations importantes, et elles peuvent être toxiques pour le bétail, provoquant un syndrome connu sous le nom de « staggers aveugles » ou « maladie alcaline ». Les plus importantes plantes accumulant du sélénium en Amérique du Nord appartiennent au genre Astragalus, de la famille des légumineuses. Il existe environ 500 espèces d’Astragalus en Amérique du Nord, dont 25 peuvent accumuler jusqu’à 15 000 ppm (parties par million) de sélénium dans le feuillage. Ces espèces d’Astragalus peuvent émettre des produits chimiques contenant du sélénium dans l’atmosphère, ce qui donne aux plantes une odeur distinctive et désagréable.
Parfois, les espèces indicatrices sont utilisées comme mesures de la qualité des habitats ou des écosystèmes. Par exemple, les animaux ayant une exigence particulière pour les forêts anciennes peuvent être utilisés comme un indicateur de l’intégrité de ce type d’écosystème. En Amérique du Nord, les oiseaux qui dépendent des forêts anciennes comprennent la chouette tachetée (Strix occidentalis), le pic à tête rouge (Picoides borealis), le guillemot marbré (Brachyramphus marmoratus) et la martre des pins (Martes americana). Si la superficie et la qualité de la forêt ancienne dans une région donnée sont suffisantes pour permettre à ces animaux indicateurs de maintenir des populations viables, cela suggère quelque chose de positif sur la santé de l’écosystème ancien plus vaste. En revanche, si l’on considère qu’un plan d’exploitation forestière proposé constitue une menace pour les populations de ces espèces, cela indique également un défi pour l’intégrité de la forêt ancienne de manière plus générale.
Les espèces indicatrices peuvent également être utilisées comme mesures de la qualité environnementale. Par exemple, de nombreuses espèces de lichens sont très sensibles aux gaz toxiques, comme le dioxyde de soufre et l’ozone. Ces « espèces » (en fait, les lichens sont une symbiose entre un champignon et une algue) ont été surveillées dans de nombreux endroits pour étudier la pollution atmosphérique. Les dommages graves causés aux lichens sont particulièrement fréquents dans les villes où la pollution atmosphérique est chronique, et à proximité de grandes sources ponctuelles de gaz toxiques, comme les fonderies de métaux.
De même, les invertébrés aquatiques et les poissons ont couramment été étudiés comme indicateurs de la qualité de l’eau et de la santé des écosystèmes aquatiques. Si un site présente des populations de ce qu’on appelle des « vers d’égout » ou tubificidés (Tubificidae), par exemple, cela suggère presque toujours que la qualité de l’eau a été dégradée par des apports d’eaux usées ou d’autres matières organiques consommatrices d’oxygène. Les vers tubificidés peuvent tolérer une eau pratiquement anoxique, contrairement à la plupart des animaux des milieux non pollués, comme les éphémères (Ephemeroptera) et les perles (Plecoptera), qui ont besoin de conditions bien oxygénées.
Souvent, l’absence de présence d’une espèce indicatrice est révélatrice d’un changement ou d’une contamination environnementale. Par exemple, les nymphes de perles mentionnées ci-dessus, si elles sont absentes d’un cours d’eau où elles devraient normalement résider, pourraient indiquer un manque d’oxygénation ou la présence d’un polluant. Les larves de phryganes, les nymphes d’éphémères et les nymphes de perles sont souvent utilisées pour évaluer la qualité de l’eau et la présence de drainage minier acide dans l’ouest de la Pennsylvanie, où l’exploitation du charbon est répandue et peut affecter les bassins versants voisins.
Un autre exemple actuel concerne les grenouilles et les salamandres comme espèces indicatrices. Les populations d’amphibiens sont en déclin à l’échelle mondiale. On pense que leur déclin est un indicateur d’environnements souillés. C’est pourquoi le nombre d’amphibiens dans le monde est étroitement surveillé. Dans un exemple connexe, les œufs de certaines espèces d’oiseaux sont testés pour détecter la présence de pesticides organiques.
De nombreuses recherches sont menées par les gouvernements pour établir avec précision quelles espèces de plantes et d’animaux peuvent servir de sentinelles de certains contaminants environnementaux. Ici, l’espèce indicatrice montre directement la persistance des produits chimiques dangereux dans l’environnement. Grâce à l’utilisation d’espèces indicatrices, on espère donc pouvoir identifier les problèmes environnementaux potentiels avant qu’ils n’entraînent des dommages irrévocables.