2.1 La classification du vivant et ses principes |
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pour désigner des espèces biologiques ayant acquis un isolement reproductif mais qui sont encore difficiles à distinguer sur la base de leurs seuls caractères morphologiques.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
2.1.4 Écosystèmes
Le concept d’écosystème est une notion abstraite: l’association d’un milieu physico-chimique (le biotope) et d’une communauté d’êtres vivants (la biocénose), crée un réseau d’interactions entre leurs éléments constitutifs. Dans la pratique cependant, les écologistes ont tendance à assimiler les écosystèmes à des entités morphologiques ou biotiques, telles que les lacs, les bassins versants, ou les massifs forestiers intuitivement reconnues.
Le fonctionnement d’un écosystème est caractérisé par:
•des flux d’énergie entre les organismes tels les végétaux qui accumulent de l’énergie solaire par photosynthèse, les animaux herbivores qui utilisent cette énergie, et les décomposeurs qui recyclent la matière organique;
•des cycles biogéochimiques qui résultent de la circulation de la matière sous forme de substances alternativement minérales et organiques. Ces cycles concernent en particulier l’eau, le carbone, l’oxygène, l’azote, le phosphore, etc.;
•des chaînes alimentaires qui structurent l’écosystème en niveaux trophiques. Les interactions de type trophique – ou alimentaire – sont les moteurs des flux d’énergie et de matière.
L’écosystème est une notion essentiellement dynamique: les flux, les cycles biogéochimiques et les structures trophiques évoluent en permanence dans le temps et dans l’espace. Un bon exemple pour illustrer ce phénomène est celui d’un fleuve avec son lit mineur et sa plaine d’inondation: en fonction du cycle hydrologique, le niveau d’eau modifie profondément le paysage ainsi que les interactions entre espèces.
La biosphère est l’écosystème ultime. La prise en compte de facteurs globaux (changements climatiques naturels ou sous influence humaine, grands cycles biogéochimiques, mondialisation des transferts d’espèces, etc.) en fait maintenant un niveau d’étude pertinent. Les recherches sur le fonctionnement global du système Terre sont devenues une réalité.
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2 • La diversité biologique : un état des lieux |
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Les biocénoses:
des ensembles aléatoires ou structurés?
Une question centrale de l’écologie des écosystèmes est de savoir si l’ensemble des espèces présentes dans un milieu est le fruit du hasard (c’est-à-dire une collection aléatoire de populations qui ont réussi à coloniser l’écosystème et à s’y maintenir), ou le résultat d’une sélection sur la base d’une co-évolution entre les espèces, ainsi qu’entre les espèces et leur environnement physico-chimique, de telle sorte qu’il existe un réseau d’interdépendance entre ces espèces. Certains écologistes penchent actuellement pour la seconde hypothèse, mais ils ont néanmoins de nombreuses difficultés pour mettre en évidence ces différents types d’interactions.
En réalité, la dimension temporelle joue un rôle important. Lorsqu’un nouvel habitat est créé, il y a colonisation par des espèces opportunistes et le peuplement est en grande partie aléatoire. Avec le temps, il peut y avoir co-évolution des espèces et acquisition d’un degré d’interdépendance plus important. Par exemple, les lacs nord tempérés qui étaient sous les glaces lors de la dernière période glaciaire il y a 15 000 ans, ont une faune peu diversifiée, sans endémiques, qui résulte d’une recolonisation de proximité après la fonte des glaces. À l’inverse, les grands lacs d’Afrique de l’Est qui existent depuis des millions d’années ont une faune riche en espèces et en endémiques, avec des relations interspécifiques complexes qui résultent d’une longue co-évolution.
2.2L’INVENTAIRE DES ESPÈCES
La diversité biologique concerne tous les niveaux de l’organisation du vivant, des gènes aux écosystèmes. Mais on parle le plus souvent de la diversité des espèces (en réalité la richesse en espèces) car c’est le niveau le plus simple à appréhender.
Botanistes et zoologistes ont entrepris, il y a près de trois siècles, la description et l’inventaire des espèces vivantes. Carl Linné dénombrait 9 000 espèces de plantes et d’animaux au milieu du XVIIIe siècle. Deux siècles et demi plus tard, avec plus de 1,8 million d’espèces décrites, nous savons que l’inventaire du vivant est loin d’être terminé, surtout dans les régions tropicales. Nul ne sait en réalité quel est le nombre
2.2 L’inventaire des espèces |
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d’espèces vivantes à la surface de la Terre, mais il pourrait se situer selon les estimations entre 7 et 100 millions. Cette incertitude révèle l’étendue de notre ignorance, ce qui est pour le moins fâcheux quand on cherche à démontrer que les activités humaines suscitent une érosion sans précédent de la diversité biologique… Au rythme moyen de 10 à 15 000 espèces nouvelles décrites chaque année, il faudra encore plusieurs siècles pour compléter l’inventaire!
TABLEAU 2.2 ESTIMATION DU NOMBRE D’ESPÈCES ACTUELLEMENT RECENSÉES
ET DU NOMBRE D’ESPÈCES PROBABLES.
Ce nombre d’espèces probables est une extrapolation assez hypothétique, mais qui donne des ordres de grandeur quant à la richesse du monde vivant.
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Groupes |
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Nombre approximatif |
Nombre estimé |
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taxinomiques |
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d’espèces recensées |
d’espèces |
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Virus |
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4 000 |
500 000? |
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Bactéries |
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4 000 |
1 000 000? |
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Champignons |
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72 000 |
1 à 2 000 000 |
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Protozoaires |
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40 000 |
200 000? |
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«Algues» |
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40 000 |
400 000? |
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Fougères |
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12 000 |
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Plantes |
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270 000 |
320 000 |
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Animaux |
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10 000 000 |
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invertébrés |
Éponges |
10 000 |
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Cnidaires |
10 000 |
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délit. |
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Plathelminthes |
20 000 |
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Nématodes |
30 000 |
400 000 |
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un |
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Arachnides |
92 000 |
750 000 |
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est |
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Crustacés |
55 000 |
150 000 |
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autorisée |
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Mollusques |
85 000 |
200 000 |
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Insectes |
1 000 000 |
8 000 000 |
non |
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Annélides |
12 000 |
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photocopie |
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Échinodermes |
7 000 |
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Animaux |
Poissons |
29 000 |
30 000 |
– La |
vertébrés |
Amphibiens |
5 800 |
6 000 |
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Reptiles |
8 300 |
8 500 |
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Dunod |
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Oiseaux |
9 900 |
10 000 |
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© |
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Mammifères |
5 400 |
5 500 |
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2 • La diversité biologique : un état des lieux |
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En réalité le niveau de connaissance est variable selon les groupes taxinomiques. Des recensements quasi exhaustifs ne sont disponibles que pour un petit nombre de groupes zoologiques ou botaniques. C’est le cas pour les mammifères et les oiseaux qui sont actuellement connus à plus de 95%. Le nombre des insectes par contre est très certainement largement supérieur à celui pourtant considérable (1 000 000) enregistré jusqu’ici. Les insectes représentent près des deux tiers des nouvelles descriptions d’espèces. Quant au nombre des champignons il pourrait se situer entre 1 et 2 millions et celui des nématodes, petits vers parasites de plantes et d’animaux, serait de plusieurs centaines de milliers. Les sources des nouvelles espèces sont essentiellement les régions tropicales, les récifs coralliens, les grands fonds marins, mais également, sous toutes les latitudes, les milieux d’accès difficile et les petites espèces (faune du sol, méiofaune marine) et les parasites. Un mètre cube de sol de prairie tempérée contient des milliers d’espèces de micro-organismes et d’invertébrés dont on ignore le plus souvent le statut taxinomique et l’activité métabolique.
Pour d’autres groupes, comme les bactéries et les virus, chez lesquels les scientifiques ont plus de mal à caractériser les espèces que chez les
L’écologie moléculaire
Chez les bactéries, la notion d’espèce a longtemps été calquée sur celle des autres groupes: l’appartenance à une espèce était décidée en fonction du nombre de caractéristiques physiologiques et biochimiques partagées avec une souche type. Mais, dans de nombreux environnements, seule une proportion minime d’espèces est susceptible d’être isolée et cultivée, par rapport à toutes celles qui sont présentes. La biologie moléculaire permet et les méthodes d’amplification PCR qui permettent une amplification et la détermination rapide de la séquence de gènes à partir d’une petite quantité de cellules, ont permis d’accéder à l’ADN bactérien des espèces libres sans recourir aux cultures. On peut ainsi générer un véritable inventaire de la diversité moléculaire qui nous a révélé une énorme diversité de Procaryotes dans tous les environnements, y compris ceux possédant des caractéristiques physiques et chimiques extrêmes. Ces travaux montrent également qu’une grande partie de cette diversité ne relève pas de lignées déjà connues, mais qu’il existe un nombre très important de groupes jusqu’alors inconnus et génétiquement éloignés les uns des autres.
2.3 La systématique, l’informatique et Internet |
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vertébrés ou les insectes, le nombre est très certainement bien supérieur à celui connu à l’heure actuelle (voir encadré sur l’écologie moléculaire). Ainsi, en utilisant les techniques de biologie moléculaire, on a montré que le picoplancton marin (organismes de très petite taille entre 0,2 et 2-3 microns) qui constitue la base de l’écosystème pélagique, recèle de nombreux groupes d’Eucaryotes non répertoriés. Le séquençage de l’ARN ribosomal d’un échantillon de picoplancton du Pacifique a montré que la presque totalité des séquences ne pouvaient être rattachées à celles d’organismes connus. On a découvert en particulier des espèces d’algues vertes primitives (les Prasinophytes) non isolées à ce jour, et de nouvelles branches dans l’arbre des Protistes. Ce qui est également nouveau est que la majorité des séquences obtenues appartiennent à des organismes qui sont soit des espèces prédatrices, soit des espèces impliquées dans la dégradation de la matière vivante, fonction que l’on pensait jusqu’ici principalement assurée par les bactéries et non par des Eucaryotes.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
2.3LA SYSTÉMATIQUE, L’INFORMATIQUE ET INTERNET
Nommer, classer et identifier les espèces est un travail délicat qui nécessite d’utiliser:
•des collections de référence de spécimens types, en principe déposées dans des musées;
•des publications spécialisées décrivant les espèces nouvelles;
•des faunes et des flores accompagnées de clés d’identification qui synthétisent l’information disponible et donnent accès à la connaissance taxinomique.
Il en résulte que la connaissance des divers groupes taxinomiques a longtemps été le privilège d’une poignée de spécialistes dont le nombre fluctue selon les politiques et les modes. On fait d’ailleurs le constat, un peu partout dans le monde, d’une véritable crise en matière de recrutement de systématiciens. Dans un tel contexte, si l’on veut accélérer le processus d’inventaire de la diversité biologique qui nécessitera encore plusieurs siècles, et utiliser au mieux l’information existante souvent dispersée dans de nombreuses revues, il faut avoir recours à des moyens puissants et interactifs de gestion et de diffusion de l’information taxinomique.
L’informatique est donc naturellement apparue comme l’outil indispensable au stockage, à la gestion et à l’analyse de toutes ces informations.
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2 • La diversité biologique : un état des lieux |
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Si des progrès considérables ont été faits dans le domaine des logiciels et des traitements informatisés, un système informatique performant en matière de systématique et d’inventaires taxinomiques fait encore cruellement défaut à l’heure actuelle. Paradoxalement, des moyens autrement plus importants ont été mis dans la connaissance des étoiles et l’exploration de l’espace que dans celle des organismes vivants qui nous entourent.
Pourtant des référentiels taxinomiques constitués de listes de noms de référence et de leurs synonymes, sont en cours de constitution et consultables sur Internet. Ils peuvent être complétés par des informations sur la description des espèces, leur répartition géographique, les collections déposées dans les grands muséums, etc. Ainsi la collection de poissons du Muséum national d’histoire naturelle de Paris est consultable sur Internet.
Il existe de nombreuses bases de données soit régionales soit par groupe d’espèces. Ainsi Fishbase traite de l’ensemble des poissons alors que Titan s’intéresse aux Coléoptères des bois, etc. Un objectif est de mettre en réseau ces différentes bases pour avoir accès à l’ensemble de l’information concernant la biodiversité. Le catalogue de la Vie (Catalogue of Life) a pour projet d’établir un véritable annuaire du vivant. Il s’agit d’une liste dynamique qui fournit des indications sur le nom scientifique en vigueur, les synonymes, la distribution, les références scientifiques correspondantes, etc. Et de nombreux autres projets ont vu le jour en vue de promouvoir la diffusion des connaissances en systématique. Par exemple le projet international Species 2000, le projet Fauna Europaea et les bases européennes ERMS (European Register of Marine Species) ou CLEMAM. Soutenu par la National Science Foundation des États Unis, le Tree of Life (Arbre de la Vie) se donne pour objectif de cartographier l’histoire de l’évolution de toutes les espèces, passées et présentes. D’autre part, le projet EOL, «Encyclopedia of Life», est officiellement lancé. Son objectif est de créer une encyclopédie en ligne recensant toutes les espèces vivantes ou disparues. Le projet est de rassembler virtuellement toutes les données connues sur toutes les espèces et ainsi améliorer la compréhension de la vie sur Terre. Pour chaque espèce, l’objectif est d’avoir au moins une photo, la classification (taxonomie) et une description incluant l’habitat et la répartition de l’espèce sur la planète.
Dans certains cas ces bases de données hébergent également des systèmes d’aide à l’identification des espèces pour l’usage des professionnels et des amateurs. On assiste aujourd’hui à l’émergence de la systématique assistée par ordinateur avec des programmes permettant