Cours : Biodiversité, résultat et étape de l’évolution

Introduction : 

Notre planète compte environ 8,7 millions d’espèces de plantes et d’animaux, dont on estime que 86 % des espèces terrestres et 91 % des espèces marines restent à découvrir. Il est admis, aujourd’hui, que la Terre est confrontée à une extinction massive, la première depuis la disparition des dinosaures il y a environ 65 millions d’années, la sixième en 500 millions d’années. Environ 41 % des amphibiens et plus d’un quart des mammifères sont menacés d’extinction. Près de la moitié des récifs coralliens a disparu ces 30 dernières années. On enregistre une perte de 60% des espèces connues en seulement 40 ans ! La dégradation de la biodiversité, que ce soit à l’échelle locale ou mondiale, constitue l’une des principales menaces auxquelles est confrontée l’humanité. Notre survie en dépend.

Introduction inspirée de Futura planète

Comprendre cet enjeu nécessite ainsi de s’intéresser à la dynamique des espèces et des écosystèmes. C’est aussi comprendre la biodiversité passée, pourquoi elle a disparu et enfin appréhender les forces mises en jeu dans l’évolution ou l’extinction d’une espèce, pour mieux comprendre le rôle de l’être humain dans la dernière crise. 

Problème : Comment peut-on définir la biodiversité ? Quelles en sont les différentes échelles ?Comment la biodiversité change au cours du temps ? Quelles sont les forces qui gouvernent l’évolution ?

I- Les échelles de la biodiversité 

A- Différentes échelles de la biodiversité

Biodiversité : Diversité du vivant.

Ecosystème : Un écosystème correspond à l’ensemble des êtres vivants interagissant avec le milieu. On peut simplement le définir par l’équation suivante : 

Ecosystème = Biocénose + Biotope

Biocénose : Ensemble des êtres vivants d’un milieu.

Biotope : milieu d’un écosystème défini par des caractéristiques physiques et chimiques (roche mère, type de sol, conditions météorologiques…)

La biodiversité peut s’entendre à 3 niveaux différents : la génétique, les espèces ou les écosystèmes. Les trois niveaux d’étude de la biodiversité sont interconnectés.

D’après J. Boscq
  • Le niveau génétique :  La biodiversité génétique caractérise la diversité des gènes au sein d’une espèce. Cette diversité génétique correspond à la variété des gènes, mais aussi à celle des allèles, ce qui caractérise la diversité des individus. Plus une espèce est diversifiée sur le plan des gènes, plus elle a de chance que certains de ses membres arrivent à s’adapter aux modifications survenant dans l’environnement.
  • Le niveau spécifique :  La biodiversité spécifique caractérise la diversité des espèces. Les espèces sont des unités d’étude clairement définies et comptabilisées. Il est donc facile d’établir une « richesse » dans ce milieu. La richesse dépendra du nombre d’espèces identifiées par rapport à une surface sur laquelle l’étude se portera. Des comparaisons sont alors possibles. La richesse spécifique donne l’état de santé d’un écosystème.
  • Le niveau écosystémique : La biodiversité écosystémique caractérise la diversité globale des biocénoses et des biotopes. L’étude de cette diversité porte sur la fonction que remplit chaque espèce dans l’écosystème, sur l’importance de son rôle. Elle s’intéresse aussi aux interactions entre les espèces, à leur répartition et donc à la dynamique de la communauté.

L’ensemble des écosystèmes sur Terre constitue la Biosphère.

B- La notion d’espèce

Carl von Linné (Wikipédia)

La notion d’espèce est un concept inventé par l’Homme et qui a évolué au fur et à mesure des découvertes. Le premier critère défini a été  celui de ressemblance, ainsi que celui d’unité reproductrice par Linné (18e). Au 19e siècle, Darwin fait avancer la notion et dit que les espèces sont généalogiquement apparentées entre elles.

Dans les années 1940, après des années de disputes scientifiques, la communauté scientifique se met d’accord sur la notion d’espèce en unissant des critères biologiques, génétiques, paléontologiques… Le terme population est également intégré ainsi que l’interfécondité des individus et de la descendance. Cela fournit un cadre conceptuel de référence pour l’étude des phénomènes évolutifs. On croit alors la notion stable.

La fin du 20e siècle et le début du 21è siècle voit évoluer les limites de cette définition par l’étude des gènes et des parentés entre espèces. C’est notamment important pour définir les microorganismes. 

Dernièrement, la bio-informatique a permis l’édition de banque d’ADN spécifique des espèces. Comme toutes les espèces perdent des cellules ou des fragments de cellules et donc de l’ADN dans leur milieu, il est possible d’analyser ce dernier. Il est ainsi possible de connaître la richesse spécifique d’un lieu donné, si l’espèce a été correctement répertoriée. On appelle cela le barcoding (chaque espèce à son code barre d’ADN qui lui est propre).

D’après J. Boscq

C- La diversité des individus

Au sein de chaque espèce,Le nombre de chromosomes et de gènes est défini et le même pour tous les individus de l’espèce. En revanche, les gènes peuvent avoir différentes versions que l’on appelle allèles. Chaque individu peut avoir une association d’allèles qui lui est propre. Par exemple, si le cheveu est défini par un gène, il peut y avoir différents allèles, donnant différentes couleurs et texture de cheveux. Si on s’intéresse à d’autres espèces que l’Homme, et si en première approche tous les individus nous semblent ressemblants, en réalité, il n’en est rien, et en fonction des caractères étudiés, on s’apercevra d’une multitudes de caractères divergents.

Dans l’espèce humaine il existe environ 20000 gènes. On estime qu’il existe une infinité de possibilités d’agencement des allèles à l’origine d’une population dont les individus sont différents.

Les allèles reposent sur une modification de l’ADN, qu’on appelle mutation. Les mutations se multiplient au cours du temps, au cours des générations successives. La diversité génétique s’amplifie permettant à différents allèles de coexister dans une même espèce.

D’après J. Boscq

II- Les variations de biodiversité au cours du temps

A- La biodiversité entrain de changer

La diversité spécifique peut s’accroitre à certains moments en liaison avec différents facteurs favorables à l’espèce (exemple de la sortie : le cormoran noir, Phalacrocorax carbo sinensis, faisant l’objet d’une régulation et s’implantant au niveau des cours d’eau douce). 

Mais elle peut aussi se diversifier sur de courtes périodes parce que de nouvelles contraintes permettent de nouvelles adaptations visibles sur des échelles de temps courts. De nouvelles espèces apparaissent, on parle dans ce cas de spéciation.

Exemple : biodiversité et évolution du chien à partir d’un ancêtre commun au loup, inspiré de Sciencepost

B- Variation de la biodiversité sur des temps plus longs

Des espèces fossiles permettent de retracer des fragments d’histoire de la vie passée. Sur un temps géologique donné, on arrive alors à avoir un instantané incomplet de biodiversité passée. Ce qui est intéressant, c’est d’observer que le vivant passé, ne ressemble pas au vivant actuel. Cela signifie que cette biodiversité est en perpétuel variation. On constate alors que les espèces actuelles ne représentent qu’une infime partie du vivant ayant existé depuis son apparition.

Espèce éteinte de Balisauridé, famille des cétacés de l’Eocène (32 à 38 millions d’années), d’après researchgate

C- L’histoire du vivant est ponctuée de crises biologiques

Des modifications brutales peuvent avoir modifié le biotope durablement engendrant alors une extinction massive d’espèces. La dernière crise inscrite dans les archives géologiques est la crise à la limite du Secondaire-Tertiaire (c’est à dire limite Crétacé-Paléocène) : c’est la grande extinction des dinosaures.

On parle ici d’extinction de masse, c’est-à-dire de l’extinction simultanée de plusieurs espèces non apparentées et de constitutions variées pendant un événement relativement bref à l’échelle des temps géologiques (quelques millions d’années au maximum). 

Les extinctions de masse ont toutes été suivies par une nouvelle diversification du vivant. Après la crise Crétacé-Tretiaire, ce sont d’autres espèces qui se sont diversifiées, dont les mammifères. Elles ont alors très vite occupé les places laissées vacantes en se diversifiant. Cette explosion de biodiversité s’appelle une radiation adaptative.

Si la crise Crétacé-Paléocène est spectaculaire par la disparition d’animaux géants, il s’agit d’une crise moins grande que celle vécue au Permo-trias (on estime que 70% des espèces auraient disparu au début du Paléocène, contre presque 95% au Trias). Quoiqu’il en soit, le point commun de toutes ces crises est le démarrage avec un impact météoritique, qui en cascade a modifié le biotope, aidé par des éruptions volcaniques, appelées trappes. Des espèces ont été affectées directement par ces changements, d’autres secondairement. Quand on modifie un écosystème, la disparition de quelques espèces peut engendrer une disparition d’autres espèces dépendantes. Cependant, les modifications sont brutales à l’échelle géologique, ce qui correspond à des centaines de milliers d’années voire quelques millions.

Aujourd’hui, Selon de nombreux scientifiques, nous serions en train de vivre une nouvelle extinction de masse provoquée cette fois par l’activité humaine. Le taux actuel de disparition des espèces est le plus élevé jamais enregistré (entre 17 000 et 100 000 espèces disparaissent chaque année). Une espèce de plante sur huit est menacée d’extinction, un cinquième de toutes les espèces vivantes pourrait disparaître dans les 30 ans. L’homme modifie son environnement et de plus en plus vite. Il est donc à l’origine d’une sixième crise biologique majeure qui pourrait aussi courir à sa perte : on parle de 6e extinction massive. 

III- Les forces évolutives conduisant à la spéciation

Les modifications de la biodiversité sont sous l’influence de forces évolutives (mutations, dérive génétique, sélection naturelle) favorisant la survie de l’espèce et sa reproduction.

A- Dérive génétique

La diversité des allèles, permet une adaptation plus large des espèces. Mais leur fréquence varie au cours du temps, de génération en génération. Cette modification aléatoire de la fréquence des allèles au sein d’une population au cours des générations successives représente la dérive génétique. Si l’effectif est grand, cette dérive met du temps, mais si la population initiale est petite, elle est nettement plus rapide.

B- Sélection naturelle

Dans un écosystème, les espèces sont adaptées à un biotope et interagissent entre elles. Si le milieu varie, les espèces vont s’adapter au mieux, selon leurs possibilités qui dépendent de leurs allèles. Ainsi, la pression exercée par l’écosystème sur une espèce forcera cette dernière à s’adapter. Cela n’est possible qu’à la condition de posséder les bons allèles. Sinon, ce sera l’extinction.

La sélection naturelle résulte donc de la pression du milieu et des interactions entre les organismes. Elle permet ainsi certains individus à avoir une descendance plus nombreuse que d’autres puisque plus adaptée.

C. Darwin :

image d’après Wikipédia

Charles Darwin (1809 – 1882) est le père de la « théorie de l’évolution ». C’est en réalisant un tour du monde à bord du Beagle, qu’il s’arrêta aux iles Galapagos où la faune montre une particulière adaptation. L’étude des pinsons et de leur adaptation aux modes de nutrition est la plus connue. C’est d’ailleurs cette étude qui est la plus reprise pour illustrer la « sélection naturelle » Cette expression a bien été imaginée par Darwin par opposition à la sélection artificielle pratiquée par l’être humain. Elle illustre bien le fait que l’espèce la plus adaptée sera celle qui occupera le terrain.

C- Spéciation

Au fur et à mesure de la dérive génétique, on se rend compte que certaines populations finissent par être séparées par des contraintes géographiques, génétiques ou reproductives. Les sous-populations isolées finissent par évoluer séparément aboutissant alors à 2 espèces distinctes, et donc à la spéciation.

A l’inverse, toute espèce séparée et n’arrivant pas à s’adapter à de nouvelles contraintes finit par s’éteindre. 

Conclusion

L’état de la biodiversité et son évolution doivent être au cœur des préoccupations environnementales de la société. De leur connaissance repose entre autres la conservation des habitats naturels et le maintien d’une biodiversité en bonne santé. Le suivi des espèces sauvages (répartition, abondance, niveau de menace…) doit permettre de renseigner de ce bon état de santé ou non.

Les tendances ainsi mesurées montrent que la France est pleinement concernée par l’enjeu de perte de biodiversité européenne et mondiale. La crise vécue aujourd’hui semble s’accélérer et le responsable est l’être humain contrairement aux crises précédentes. Les équilibres étant fragiles, en éliminant la biodiversité par un comportement très anthropocentré, l’Homme ne court-il pas à sa propre perte ?

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