Intérêt des travaux sur la biodiversité passée

Géologie - évolution
marie-claude segui
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Intérêt des travaux sur la biodiversité passée

Messagepar marie-claude segui » 04 sept. 2010, 07:11

Bonjour,

De nombreux travaux de recherche sont menés pour connaître la biodiversité passée.
Pour ce qui est de ma région, je sais que vous travaillez activement sur la biodiversité de la faune (mammifères) de la période du Cénozoïque, grâce au matériel fossilifère trouvé dans les phosphatières du Quercy.

Ma question très pragmatique est celle de savoir quel éclairage nouveau sur le présent a apporté cette connaissance?
ou dans quels domaines ces résultats sont-ils exploités? évolution des climats, rapidité de l'évolution, évolution des populations... tout cela à la fois et d'autres encore?

Merci encore pour votre présence sur ce forum.

Gilles ESCARGUEL
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Re: Intérêt des travaux sur la biodiversité passée

Messagepar Gilles ESCARGUEL » 07 sept. 2010, 11:20

Bonjour !

Désolé pour cette réponse longue à venir, mais des urgences éditoriales (je suis éditeur en chef d’une revue de paléontologie) m’ont retenues ces 2 derniers jours.

Tout d’abord, un grand merci à vous pour votre invitation à dialoguer sur ces pages – j’en suis fort honoré ! :-) Comme Jacques l’a déjà précisé sur son message de présentation, j’aimerai arriver à donner à ces quelques pages la dynamique d’une discussion informelle entre nous. N’hésitez donc surtout pas à intervenir, pour poser des questions, demander des précisions, compléter, me contre-dire –- je ne me vexerai pas !

Venons-en au vif du sujet ! Votre question ouvre de nombreuses portes. Pour débuter ici, je vais focaliser, après un petit préambule, sur quelques aspects centraux et relativement généraux. Merci de voir cette première réponse comme un point de départ à d’autres points et développements qui viendront probablement par la suite – à votre bon cœur : c’est vous qui décidez !


La biodiversité. Mot inconnu du public il y a 20 ans (après quelques essais +/- fructueux dans les années 1970 & 80 [« naissance » en 1968 dans le livre de R.F. Dalesman « A different kind of country »], « baptême » en 1988 dans le livre édité par E. O. Wilson « Biodiversity »), sa vulgarisation date du sommet de Rio, en 1992 -– faisant de 2010 l’année de sa majorité, une des raisons pour laquelle cette année est l’Année Internationale de la biodiversité ! De fait, peu de mots en Science sont aussi jeunes que celui-ci ; et peu de mots en Science ont eu un tel succès dans le grand public en aussi peu de temps : aujourd’hui, il ne se passe plus une semaine, sinon un jour, sans qu’on entende, d’une façon ou d’une autre, parler de biodiversité…

Rançon de la gloire : si tout le monde (ou presque) en parle, qui sait ce que ce terme recouvre réellement ? Qu’en pensent spontanément vos élèves ?! Arrivés à l’université, en tous cas, ils n’en pensent pas (ou plus) grand-chose : ceux qui, parmi nos étudiants, arrivent spontanément à donner une définition qui, même partielle, sinon fausse, est pour le moins à peu près rationnelle, ne sont pas légions !!! Situation paradoxale : il faut aujourd’hui à tout prix défendre, voire sauver la chose qui se cache derrière un concept dont la grande majorité de nos contemporains ignore très largement ce que, concrètement, il recouvre ! A tous niveaux, les pédagogues ont encore de beaux jours devant eux – du moins espérons-le !!! :-)

Alors oui, en effet, depuis une bonne 20aine d’années, de très nombreux travaux sont menés pour connaître la biodiversité présente et passée. Il n’y a pas vraiment de claire séparation entre actuel et fossile à ce niveau, même si les spécialités académiques tendent toujours à sectoriser la recherche, bien sûr : fondamentalement, les données actuelles éclairent et précisent ce que montrent les fossiles, et vice-versa. Premier élément : la biodiversité est à la fois cause et conséquence de l’évolution des êtres vivants. Ca n’a l’air de rien, mais c’est absolument fondamental. Dès le tout début (Lamarck, Darwin, Wallace, etc.), l’étude de la diversité des êtres vivants (on ne parlait pas encore de biodiversité au sens moderne du terme) a été indissociablement liée à celle de l’évolution. La biodiversité est cause de l’évolution car la biodiversité est la source principale de compétition, et donc de sélection naturelle. Mais elle en est aussi la conséquence car du couplage mutation aléatoire/sélection naturelle naissent et meurent en permanence des communautés indépendantes de reproduction (les espèces) dont le nombre, l’abondance relative, les caractéristiques biologiques s.l. (morphologiques, physiologiques, éthologiques, etc.), le rôle dans les écosystèmes, et la distribution géographique, sont des composantes essentielles de ce que l’on appelle aujourd’hui biodiversité – il faudra y revenir…

Impossible donc de parler de biodiversité sans parler d’évolution ! Difficulté et enjeu pédagogique majeur : la biodiversité n’est en aucun cas un catalogue figé d’espèces « telles qu’en elles-mêmes de toute éternité », et donc qu’il conviendrait, pour quelque raison philosophique, morale, éthique, esthétique, socio-économique ou autre, de préserver. Le problème n’est pas là : la biodiversité n’est pas, et n’a jamais été un long fleuve tranquille ! Depuis ~3,8 milliards d’années que la vie existe sur Terre, en permanence, des espèces « naissent » (par voie de spéciation) et d’autres disparaissent à jamais, sans pour autant qu’il y ait nécessairement une cause (au sens déterministe du terme) à ces disparitions (les grandes crises d’extinction sont, de ce point de vue, un cas particulier). La durée de vie moyenne d’une espèce est, en ordre de grandeur, de 1 à 10 millions d’années (par exemple, 3 millions d’années chez les mammifères cénozoïques), ce qui implique (ramenez cela aux ~3800 millions d’années d’existence de la vie sur Terre) qu’au moins 99,9% des espèces ayant un jour existé sur notre planète sont aujourd’hui fossiles – et nous n’y sommes pour rien !

Dès lors, une question se pose : si la « norme » est dans la variation, l’évolution, l’apparition et l’extinction, bref, les changements de biodiversité, à quel(s) rythme(s) ces changements ont-ils « normalement » lieu ? Mais d’abord, cette question a-t’elle seulement un sens ?! Je veux dire : est-il effectivement possible d’identifier et de caractériser des modalités et vitesses « standards » de variation de la biodiversité au cours des temps géologiques, c’est-à-dire au cours des temps de l’évolution des êtres vivants ? Si oui (vous vous doutez bien que si la réponse était négative, je ne serai pas là pour en parler !...) , que nous apprennent ces données sur les paramètres climatiques et géographiques qui contrôlent de telles variations ? Comment agissent-ils sur, et, le cas échéant, inter-agissent-ils avec la biodiversité ? A quelles échelles spatiales et temporelles ?

Voilà typiquement le genre de questions qu’une petite 20aine de paléontologues dans le monde (pas plus !) se posent aujourd’hui : chercher à comprendre comment (quels rythmes, quels mécanismes ?), à différentes échelles spatio-temporelles, la biodiversité a varié au cours des temps géologiques. Non pas pour prédire ce que sera demain (l’avenir de notre Planète n’est certainement pas écrit dans le passé de ses archives paléontologiques, sédimentaires et géochimiques), mais plutôt pour : (i) d’une part fixer un « cadre », des limites de réponses possibles, ou pour le moins effectivement réalisées au cours des temps géologiques, (ii) d’autre part fournir des valeurs de paramètres-clés (p.ex., taux de variation de richesse taxonomique, taux de spéciation et d’extinction) qui, correctement ajustés en espace et en temps, constituent des références vis-à-vis desquelles les variations observées dans la Nature actuelle peuvent être objectivement comparées.

Dans cette problématique générale, un paramètre-clé a, depuis une 15aine d’années, émergé : la résolution spatiale à laquelle sont observées les variations de biodiversité… Clairement, la biodiversité ne varie pas, au cours des temps géologiques comme dans l’actuel, de la même façon aux échelles locales (assemblages d’espèces coexistant sur quelques km²), régionales (qq 10aines de milliers de km²), d’un continent (ou d’un océan), et globales (ensemble de la biosphère). Non seulement les rythmes ne sont pas les mêmes, mais les effets de variations de paramètres climatiques, par exemple, sont différents d’un niveau à l’autre. Depuis une 50aine d’années que les paléontologues compilent et analysent des données de biodiversité à l’échelle des temps géologiques, 2 échelles de résolution spatio-temporelles ont été privilégiés, pour des raisons essentiellement pratiques : l’échelle locale, à court terme (on analyse les variations de diversité sur une même coupe géologique [ou sondage océanique] à l’échelle de quelques 100aines de milliers à qq millions d’années, avec une précision temporelle habituellement de l’ordre de qq milliers à 10aines de milliers d’années), et l’échelle globale (ensemble de la biosphère), à (très) long terme (par synthèse de données venant de [10aines de] milliers de gisement paléontologiques dans le monde, on analyse les variations de diversité totale [plus exactement, de diversité échantillonnée – on ne peut pas analyser ce que l’on n’a pas trouvé !] à l’échelle de quelques 10aines à 100aines de millions d’années, avec une précision temporelle habituellement de l’ordre de qq millions d’années [pour des raisons de limite de précision dans les corrélations biochronostratigraphiques à l’échelle globale]).

Entre ces 2 extrêmes, l’analyse à des échelles géographiques intermédiaires (régionales à continentale/océaniques) est beaucoup plus récente (une 15aine d’années) car nécessite des données plus difficiles à acquérir, et donc plus rares. Par exemple, en domaine continental, pour le Cénozoïque, seules 3 régions dans le Monde permettent des études des fluctuations de biodiversité des Vertébrés à l’échelle régionale sur une 20aine de millions d’années, avec une précision temporelle inférieure au millions d’années : le bassin du Wyoming (USA), la région de Riversleigh (NE de l’Australie), et le Quercy, en France.

Dans le Quercy, où de nombreux paléontologues français travaillent quasiment sans discontinuer depuis ~40 ans, nos recherches abordent différents aspects, à ce jour principalement en ce qui concerne les mammifères, où le registre fossile est le plus complet :
- A quel(s) rythme(s) les assemblages locaux et régionaux d’espèces se renouvellent-ils ?
- Comment l’évolution du climat et de l’environnement, notamment végétal, impacte-t’elle celle de la biodiversité aux échelles locales et régionales ? Quels sont les paramètres climatiques en jeu ?
- Quel est l’effet des grands événements biogéographiques globaux (p.ex., grandes migrations inter-continentales) sur les dynamiques locales et régionales de variation de la biodiversité ?

A partir de là, pour avancer plus concrètement et si vous êtes intéressés, je vous propose dans un premier temps de regarder, sur le site http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/spip.php?article389, les diapos (et si vous le souhaitez la vidéo) d’une conférence que j’ai faite sur ce sujet il y a près de 2 ans : j’y présente quelques éléments d’analyse de la biodiversité à l’échelle globale (à partir d’une base de données librement accessible sur internet), puis aux échelles locales et régionales à partir de l’exemple du Quercy. Par ailleurs, vous pouvez également regarder la vidéo (plus courte !) d’une conf. sur le même thème que j’ai faite le 9 Février dernier à l’Académie des Sciences : http://www.academie-sciences.fr/conferences/seances_publiques/html/debat_09_02_10.htm.


Mais vous aurez remarqué que pour l’instant, manque toujours une définition-clé : qu’est-ce que la biodiversité ???!!! Comment la définir ? Des idées ?! – Ce que vous en pensez à ce stade me semble bien plus intéressant que ce que j’en dis dans les 2 confs indiquées ci-dessus…

A suivre !… :-)

Gilles.

cooluber-TGarrigues
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Re: Intérêt des travaux sur la biodiversité passée

Messagepar cooluber-TGarrigues » 07 sept. 2010, 12:13

Bonjour,

Ca me rappelle un sujet tombé en écologie (maîtrise PVI) en 98/99:
"La biodiversité est-elle un concept scientifique?" :mrgreen:

Je m'interroge toujours sur le façon d'extrapoler le nombre des espèces, que ce soit dans le passé, ou dans le présent.
Aujourd'hui, les extrapolations vont du simple au triple (selon la méthode utilisée)!!! Pour moi, dire qu'il reste des dizaines de millions d'espèces à décrire me semble très exagéré (mais je sors peut être du sujet :oops: ).
De même pour le passé: Comment sont réalisées ces extrapolations? Comment définir la limite des variations infra-species? Le chiffre de 99,9% n'est-il pas (quelque part) provocateur?

Les variations quantitatives ont jalonnées l'histoire de la Terre, avec des extinctions massives de certains groupes, dans certains milieux, mais à-t-on une estimation de la vitesse de reconquête des niches écologiques (pour un groupe donné ou un milieu)?

Merci pour vos interventions.
:super:
Schooltoujours!

Gilles ESCARGUEL
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Re: Intérêt des travaux sur la biodiversité passée

Messagepar Gilles ESCARGUEL » 07 sept. 2010, 15:21

"La biodiversité est-elle un concept scientifique?" :mrgreen:
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Question existentielle ! ;-) Mais qu'est-ce qu'un concept scientifique ?!... une construction intellectuelle en forme d'approximation provisoire, car testable (par exemple par l'expérience, mais pas seulement) et donc réfutable, d'une réalité complexe ? C'est un point de départ... J'aime bien reformuler la question de l'existence du concept de biodiversité de la façon suivante, un peu plus provocatrice encore : "La biodiversité existe-t'elle ?" Et l'on revient à la question initiale : Qu'est-ce que la biodiversité ?

Quand on dit que la science est avant-tout question de vocabulaire !!! :-)

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Je m'interroge toujours sur le façon d'extrapoler le nombre des espèces, que ce soit dans le passé, ou dans le présent.
Aujourd'hui, les extrapolations vont du simple au triple (selon la méthode utilisée)!!! Pour moi, dire qu'il reste des dizaines de millions d'espèces à décrire me semble très exagéré (mais je sors peut être du sujet :oops: ).

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Oh, non ! On est en plein dans le sujet !!!Mais de fait, on commence à préciser les choses : "biodiversité" a ici disparu au profit de "nombre des espèces" (j'emploierai souvent le terme équivalent de richesse spécifique et, par extension, de richesse taxonomique lorsque le niveau taxonomique d'intérêt [variété ou sous-espèce, espèce, genre, famille, ordre, etc.] n'est pas a priori important dans l'argumentation). La richesse taxonomique est une dimension importante de la biodiversité, mais pas la seule -- on y reviendra... Pour l'instant, parlons richesse. La plupart des extrapolations sur le nombre actuel d'espèces prends en compte comme point de départ le nombre d'espèces d'ores et déjà connues de la science (nombre en lui-même déjà discutable du fait de l'existence de nombreuses synonymie faisant qu'au cours du temps, une même communauté de reproduction s'est vue attribuer plus binômes linnéens différents. La littérature contient ~2,5 millions de noms d'espèces, parmi lesquels 0,5 millions, peut être un peu plus, sont invalides, d'où le chiffre de 1,8-2 millions d'espèces actuelles correctement nommées et décrites. Partant de là, prenant en compte le rythme de description de nouvelles espèces dans la nature actuelle (~7000/an en moyenne ces dernières années, et ce nombre continue à augmenter...), la distribution de ces nouvelles espèces dans la classification générale du vivant, le fait que certains groupes sont relativement sur- ou sous-échantillonnés par rapport à d'autres, etc., diverses techniques statistiques permettent d'aboutir à une estimation du nombre d'espèce non-encore identifiées, et donc du nombre total d'espèces. Mais comme tous les paramètres nécessaires à une telle extrapolation sont entachés d'incertitude, le résultat final possède lui aussi une incertitude. Actuellement, la plupart des estimations sérieuses (en termes de données et de méthodes utilisées) convergent entre ~10 et ~50 millions d'espèces actuelles, avec une estimation maximalement vraisemblable autour de 15-20 millions.

En fait, la principale inconnue aujourd'hui dans ces estimations vient de l'existence de diversité cryptique, c'est à dire du fait que ce que l'on considérait jusqu'à présent comme une seule et unique espèce regroupe en fait plusieurs communautés de reproduction distinctes (= plusieurs groupes génétiques incompatibles), et donc plusieurs espèces. Une exemple parmi de très nombreux autres, sur lequel je travaille actuellement avec Frédéric Quillévéré, également à Lyon : les foraminifères planctoniques. Vous connaissez tous ces µ-organismes unicellulaires marins très utilisés en paléoclimatologie et paléocéanographie. On en connait ~40 espèces actuelles, toutes décrits sur des critères morphologiques (ce sont donc des "morpho-espèces"). Sauf que lorsqu'on explore le génome des ces différentes morpho-espèces, on se rend compte que toutes ou presque regroupent en réalité plusieurs espèces biologiques bien distinctes, pour certaines séparées depuis plusieurs millions d'années. Au final, la richesse spécifique des forams planctoniques actuels est certainement plus proche de ~200 espèces que de ~40 ! Ce qui change considérablement la compréhension que l'on peut avoir de ce groupe, de son histoire phylogénétique et biogéographique notamment. Plus on en sait sur ce problème de diversité cryptique, plus on essaie de l'estimer sur divers groupes d'êtres vivants (ce phénomène semble en fait assez généralisé), et plus on se dit que 15-20 millions, voire même 50 millions, est probablement très sous-estimé !...

En fait il faut être honnête : en dépit de près de 3 siècles de recherche sur ce sujet, on ne sait pas encore vraiment, même en ordre de grandeur, combien d'espèces coexistent actuellement sur notre planète !...

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De même pour le passé: Comment sont réalisées ces extrapolations? Comment définir la limite des variations infra-species? Le chiffre de 99,9% n'est-il pas (quelque part) provocateur?

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Étonnamment, il y a peut-être moins d'incertitude à ce niveau, car on raisonne ici en relatif. En fait, ce chiffre de 99,9% est sûrement très conservateur, en partie pour les raisons listées ci-dessus, qui tendent à encore plus sous-estimer la richesse taxonomique fossile par rapport à celle actuelle, et en partie pour des raisons taphonomiques, c'est-à-dire de modalité de fossilisation des organismes (comment évaluer la richesse de groupes dont les individus ne possèdent aucun squelette minéralisé interne ou externe ?!). Un chiffre de 99,99% ou 99,999% est sûrement plus proche de la réalité -- mais intestable en l'état actuel des connaissances.

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Les variations quantitatives ont jalonnées l'histoire de la Terre, avec des extinctions massives de certains groupes, dans certains milieux, mais à-t-on une estimation de la vitesse de reconquête des niches écologiques (pour un groupe donné ou un milieu)?

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Ah ! Ca, c'est un tout autre sujet, que j'aborde dans le 2 conférences auxquelles j'ai renvoyé dans le message précédent ! C'est un thème sur lequel j'ai beaucoup travaillé ces dernières années, avec Arnaud Brayard (aujourd'hui chercheur au CNRS à Dijon, et qui a fait sa thèse avec moi sur ce sujet)... Les hypothèses classiques sur ce sujet suggèrent qu'il faut plusieurs millions d'années, en moyenne 5 à 10 pour les 5 grandes crises phanérozoïques, pour que, par voie de spéciation et donc de diversification, les espèces survivant à une crise majeure reforment des écosystèmes qualitativement aussi diversifiés qu'avant la crise.

Mais, mais, mais... Des études poussées de certains groupes (par exemples les ammonites après la crise Permien/Trias, la plus grande de toutes les crises phanéorozoïques) suggèrent que cela a été en réalité bien plus "rapide" (~1 millions d'années dans le case des ammonites et des connodontes triassiques, par exemple ; voir http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1657.htm et http://www.rfi.fr/sciencefr/articles/117/article_84275.asp). C'est un sujet "hautement sensible" et très discuté dans la communauté scientifique actuellement, le problème étant d'expliquer pour quelle raison le registre fossile immédiatement post-crise est qualitativement aussi mauvais que ce que nos études semble l'indiquer. Là, les choses deviennent franchement techniques, et pas vraiment triviales !...

A+

Gilles.

Pour les citations utiliser la balise quote... ;) MCS


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