La biodiversité et son évolution
La biodiversité et son évolution
La biodiversité c’est la diversité des être vivants. C’est à la fois :
– la diversité génétique (au sein de chaque espèce : par exemple tous les individus humains sont différents les uns des autres),
– la diversité des peuplements (espèces qu’on retrouve dans chaque milieu),
– la diversité des écosystèmes (milieux de vie : forêt, désert, océan, etc.).
La diversité génétique au sein de chaque espèce repose sur l’existence de différentes variantes des gènes de cette espèce. Variantes qu’on appelle des allèles. Chaque individu présente sa propre composition allélique (collection d’allèles) et l’ensemble des allèles d’un individu fait qu’il ne ressemble à aucun autre, même au sein de la même espèce.
I. Qu’est-ce qui fait évoluer la biodiversité au cours du temps ?
La biodiversité du passé est connue grâce aux fossiles, c’est-à-dire l’ensemble des traces et des restes d’êtres vivants qui permettent de reconstituer les écosystèmes et les peuplements du passé.
La biodiversité actuelle est connue grâce aux inventaires, c’est-à-dire en observant dans la nature les différentes espèces. On peut aussi faire l’inventaire de la diversité génétique des espèces.
La biodiversité du futur est inconnue. Il existe différents facteurs qui ont un impact sur la biodiversité et on ne peut pas savoir de quoi elle sera faite que soit dans quelques années ou bien dans plusieurs centaines d’années.
La biodiversité évolue au cours du temps car il existe en permanence des apparitions et des extinctions d’espèces.
II. Qu’est-ce qui cause les apparitions et les extinctions d’espèces ?
Il y a d’abord des variations naturelles des milieux terrestres, la Terre a changé de climat au cours de ses 4,5 milliards d’années d’existence. Elle n’a pas toujours présenté les mêmes conditions de vie.
Il existe aussi des variations des conditions de vie sur terre dues à un impact humain fort notamment climatique (on sait que l’Homme serait responsable du réchauffement climatique par exemple). L’Homme est également responsable de nombreuses modifications des paysages, par exemple la déforestation qui a une influence directe sur des extinctions d’espèces dont les arbres sont l’habitat.
Ces variations ont une influence sur l’évolution de chaque espèce, autrement dit sur la diversité génétique des espèces. En modifiant les milieux, la Terre ou l’humain ont une influence sur les fréquences des allèles au sein de chaque espèce. Il y a des modification des espèces par l’intermédiaire de deux mécanismes : le sélection naturelle et la dérive génétique.
Les forces évolutives
Au sein d’une espèce ou entre les populations, les forces évolutives (ou mécanismes évolutifs) expliquent comment les populations évoluent au cours du temps. Les forces évolutives sont au nombre de trois :
I. La dérive génétique
– Dérive génétique : évolution au hasard des fréquences alléliques au sein d’une population au cours du temps.
– Fréquence allélique : pourcentage de présence d’un allèle donné au sein d’une population.
Par exemple, on a deux allèles pour un gène, l’allèle A et l’allèle a. À un instant donné T, au sein de la population étudiée, on a 50 % des individus qui possèdent l’allèle A et 50 % qui possèdent l’allèle a. Donc, on a une fréquence pour A de 50 % et une fréquence pour a de 50 %. On regarde comment cette fréquence évolue au cours du temps, c’est-à-dire au cours des générations.
A. Effectif de 10 individus
Si on prend un effectif très réduit de 10 individus, on constate au hasard, en lançant les dés, qu’à un moment donné, en quelques générations on perd l’allèle A (trait orange sur le schéma). C’est le hasard qui est forcé car l’effectif est réduit.
On relance les dés et on constate aléatoirement qu’au bout de 100 générations, rien n’a changé (en violet sur schéma).
On relance encore les dés et au bout d’une cinquantaine de générations, on a perdu l’allèle a (en vert sur le schéma).
A effectif réduit, cette évolution au hasard, aléatoire, des fréquences alléliques est forcée et va très souvent vers la perte d’un des deux allèles, dans le cas d’une étude d’un gène qui ne possède que deux allèles.
B. Effectif de 1 000 individus
Si on fait la même simulation avec un effectif beaucoup plus important de 1000 individus et au départ une fréquence de 50 % A et 50 % a, on observe qu’au cours du temps, on conserve à chaque fois l’allèle A et l’allèle a.
D’un point de vue évolutif, cela signifie que quand l’effectif est grand, on a la chance de conserver une biodiversité : autant d’individus qui possèdent l’allèle A que d’individus qui possèdent l’allèle a.
On parle de chance car c’est important d’avoir des individus différents. En effet, au sein d’une population, plus les individus sont différents, plus la probabilité que certains survivent à un changement environnemental est grande.
C. Effet fondateur
Dans cette dérive génétique, on peut pousser l’évolution à son extrême en illustrant l’effet de fondation ou l’effet fondateur.
Si à un instant T, on a une population 1 avec des individus porteurs d’un allèle A1, d’autres A2, d’autres A3 et d’autres A4. On a une migration avec un petit effectif : deux A2 et deux A4 migrent et se trouvent géographiquement isolés.
Si on applique la fréquence allélique dans cette population 2, on a très rapidement l’un ou l’autre des allèles qui se fixe et on se retrouve avec une population totalement homogène d’un point de vue allélique avec que du A2 ou que du A4.
Au cours du temps, au cours des mutations cumulées, cette population 2 va devenir de plus en plus différente de la population 1 de départ, jusqu’à (parfois) former une nouvelle espèce.
II. Les mutations
Les mutations sont une force évolutive très importante car c’est un changement ponctuel aléatoire dans la séquence en nucléotide d’un gène, ce qui est source de nouveaux allèles. Cela augmente la biodiversité au sein de la population et, à plus grande échelle, au sein de l’espèce.
Ces mutations sont parfois neutres d’un point de vue évolutif (elles n’apportent aucun avantage, ni aucun inconvénient pour l’individu) et parfois positives face à l’environnement.
III. La sélection naturelle
La sélection naturelle énoncée par Charles Darwin est aussi un facteur important car lorsque l’environnement change avec une population faite d’individus différents, à un moment donné, certains individus vont avoir un avantage adaptatif par rapport à d’autres et donc vont se reproduire d’avantage.
Darwin parlait de fitness : ces individus ont un pouvoir de reproduction plus important. En se reproduisant plus, ils vont transmettre leur patrimoine génétique, leurs allèles, et donc au cours des générations on va voir la fréquence des allèles sélectivement avantagés augmenter.
Il ne faut pas croire que l’environnement exerce une pression qui va faire muter les individus : les mutations préexistent aux changements d’événements. Par exemple, dans le cas des insecticides : on a des insectes résistants aux néonicotinoïdes car au sein d’une population d’insectes, certains ont fait une mutation qui leur permet de résister. Ils ne meurent pas et vont ainsi transmettre à leur descendance le nouvel allèle. Ce n’est pas l’insecticide qui a entrainé la mutation, elle existait avant.
Les crises biologiques : une 6e crise biologique
I. Qu’est-ce qu’une crise biologique ?
Une crise biologique est un événement relativement ponctuel, parfois amorcé en amont, qui traite de la biosphère, c’est-à-dire la sphère du vivant. Cet événement se traduit par trois phénomènes :
– Une disparition importante des espèces, qu’elles soient animales, végétales, aquatiques, terrestres, aériennes.
– La survie de certaines espèces : ces espèces qui vont survivre (les profiteurs) vont permettre dans un second temps le développement de nouvelles espèces.
– L’apparition de nouvelles espèces.
II. Cinq crises biologiques majeures
Lorsque l’on évoque les cinq crises biologiques majeures, il y a un biais car on ne commence qu’au Cambrien, il y a 540 millions d’années. Or, la Terre existe depuis 4,56 giga années et la vie depuis à peu près 3,85 giga années. On ne parle pas des crises antérieures à 540 millions d’années tout simplement car l’on n’a pas de témoignage. Ces cinq crises ne représentent que 15 % de l’histoire de la vie sur Terre.
– Une se réalise au passage de l’Ordovicien au Silurien, elle est marquée par la disparition de nombreuses espèces de brachiopodes (espèces marines) et de trilobites qui ressemblent un peu aux limules actuelles mais qui n’existent plus.
– Une se réalise au passage du Dévonien au Carbonifère, elle est marquée paléontologiquement quand on fait des fouilles, par la disparition d’un grand nombre d’espèces marines, en particulier des brachiopodes mais pas les mêmes que lors de la première crise
– Une crise importante d’un point de vue quantitatif, car 90 % des espèces disparaissent, est celle du passage du Permien au Trias. C’est la plus grande crise parmi les cinq. Lors de cette crise, on a un refroidissement global et une anoxie des eaux, c’est-à-dire une baisse du taux d’O2 dans les eaux océaniques, donc nécessairement une perte importante du vivant.
– Une autre crise a lieu au passage du Trias au Jurassique.
– La crise la plus connue concerne le passage du Crétacé au Tertiaire (ou Crétacé au Paléogène) dite KT. Elle est associée à la disparition des dinosaures et des ptérosaures, donc elle est très bien documentée. Cette crise est aussi associée à la disparition des ammonites (organismes marins) qui ressemblaient aux nautiles actuels.
Un événement géologique majeur explique cette crise : l’épanchement volcanique des trapps du Deccan en Inde, associé à un refroidissement global à cause des poussières qui provoquent un assombrissement, et associé à des sulfures d’hydrogène qui ont un effet de refroidissement global à court terme. Or, quand l’atmosphère se refroidit, les végétaux chlorophylliens ne peuvent plus faire la photosynthèse. S’il n’y a plus de végétaux chlorophylliens, les herbivores n’ont plus rien à manger, et s’il n’y a plus d’herbivores, il n’y a plus de carnivores.
Un autre événement géologique majeur permet d’expliquer cette crise : l’impact météoritique dont on a des traces dans la baie du Yucatan avec le cratère de Chicxulub.
Globalement, ces cinq crises trouvent leur explication par des événements géologiques.
III. Une sixième crise biologique
Pour la sixième crise biologique, il suffit de lire les rapports de l’UICN (Union internationale pour la conservation de la nature) pour comprendre qu’un grand nombre d’espèces disparaissent à des vitesses que l’on n’avait encore jamais enregistrées auparavant. Ceci est très alarmant.
Beaucoup d’espèces de mammifères, d’oiseaux, d’insectes, de poissons, globalement tous les phylums sont impactés par cette disparition importante. Pourtant, il n’y a pas d’impact météoritique, ni d’événements volcaniques comme la Terre a connu au Crétacé ou autres. L’originalité de cette sixième crise est qu’elle est multifactorielle avec une part importante d’origine anthropique, c’est-à-dire que l’homme en est responsable, entre autres par le biais du réchauffement climatique, mais pas uniquement. Nous sommes responsables, par nos activités multiples de la disparition d’un grand nombre d’espèces.