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Posté par Isabelle le Samedi 21/02/2015 à 00:00
Pourquoi de nombreuses espèces coexistent dans un système complexe
Des scientifiques de l'Université de Grenade et de l'Université de Warwick (Royaume-Uni) ont publié un article dans la revue PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences, USA) dans lequel ils proposent une possible solution à l'énigme de la stabilité des écosystèmes complexes, comme les jungles amazoniennes ou les récifs de coraux, dans lesquels coexistent de nombreuses espèces similaires entre elles au lieu que quelques-unes déplacent les autres.


De gauche à droite, les chercheurs de l'UGR Luca Donetti, Virginia Domínguez et Miguel Ángel Muñoz.
 

Les chercheurs ont déterminé que les dénommés réseaux trophiques, qui représentent de façon concise qui s'alimente de qui dans un écosystème, possèdent une propriété simple ignorée à cette date, la "cohérence trophique", qui peut aider à résoudre le mystère qu'étudient depuis des années les théoriciens de l'écologie.

Depuis des années, les scientifiques se sentent fascinés par la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un...) et variété de formes de vie (La vie est le nom donné :) qui habitent dans des écosystèmes très complexes, comme les jungles amazoniennes ou les récifs de coraux. Comment est-il possible qu'une aussi énorme biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et celle des...) soit apparue spontanément et se maintienne ? Comment est-il possible que de nombreuses espèces coexistent au lieu que quelques-unes d'entre elles déplacent les autres ?


Vue d'une forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et d'espèces associées. Un boisement de faible étendue est dit bois,...) amazonienne
 

Un des auteurs de cet article, le professeur de Physique Théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en développe le formalisme mathématique.) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Grenade, Miguel Ángel Muñoz, affirme que l'intérêt pour ces questions a remarquablement augmenté ces derniers temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), "étant donné le rythme sans précédents dans l'histoire de l'humanité auquel s'éteignent des espèces dû à l'impact des activités humaines. Pour cette raison, il est d'une importance vitale de comprendre quels sont les facteurs et mécanismes qui déterminent la stabilité des écosystèmes et les protègent en agissant de la façon la plus efficace possible."

Lorsqu'une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce est un concept flou dont il existe...) prospère pour une raison quelconque, cela peut être au détriment d'autres, par exemple de leurs proies ou de leurs concurrents, ce qui peut à son tour affecter d'autres espèces. Dans un écosystème, ceci peut donner lieu à de grands changements qui aboutissent à des cascades ou avalanches d'extinctions.

Jusqu'aux années 70 on pensait que, plus grand et complexe est un écosystème, dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du...) de compter avec un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'interactions entre espèces, plus ces fluctuations s'atténueraient, ce qui expliquerait pourquoi les écosystèmes les plus stables que nous voyons sont ceux qui présentent une grande biodiversité.

Cependant, en 1972, un éminent physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du grec, qui...) et écologue, Sir Robert May, démontra mathématiquement -en utilisant des modèles très simples- que cela devrait être le contraire: la grandeur et la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique ou en...) devraient tendre à déstabiliser n'importe quel système dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :), comme un écosystème ou un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) financier. Ce résultat, connu depuis lors comme "paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore, une situation qui...) de May", initia un débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou opinions...) enflammé sur les effets de la diversité sur la stabilité.
 

Organisation par niveaux

Dans le travail publié par la revue PNAS, les scientifiques des universités de Grenade et de Warwick ont analysé un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de réseaux trophiques provenant de très divers types d'écosystèmes. Ces réseaux ont été patiemment compilés par des groupes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) partout dans le monde (Le mot monde peut désigner :).

Les auteurs de cet article ont mesuré à quel point (Graphie) les espèces s'organisent habituellement par niveaux, de sorte que la majorité des proies de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) déprédateur se trouvent à un niveau inférieur au sien. Par exemple, dans un réseau parfaitement cohérent, les herbivores au premier niveau trophique s'alimentent de plantes (au niveau zéro), les carnivores primaires au second niveau ne mangent que des herbivores, et ainsi de suite.

Bien que cette organisation des réseaux en strates (ou 'cohérence trophique') ne soit pas parfaite dans les réseaux naturels (par exemple, il existe des omnivores qui s'alimentent de plusieurs niveaux), elle est sans doute bien plus grande dans les réseaux réels de ce que considèrent ou prédisent les modèles mathématiques actuellement utilisés en écologie.
 

Cohérence et stabilité

Qui plus est, tel qu'il est démontré dans ce travail, "cette cohérence est fortement reliée à la stabilité des réseaux: à majeure cohérence majeure stabilité", remarque Muñoz. Dans leur article, les chercheurs proposent, de plus, un nouveau modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils, les techniques et les théories mathématiques, puis...) pour générer des réseaux artificiels ou synthétiques (par ordinateur) qui non seulement reproduit de façon plus fiable que les modèles existants à cette date plusieurs propriétés des réseaux trophiques, mais qui en plus démontre sans équivoque que la stabilité peut augmenter avec la grandeur et la complexité.

"Ce n'est pas que May se soit trompé: tel que lui-même l'a signalé dans son travail originel, les écosystèmes doivent avoir une quelconque propriété structurale telle qu'ils ne se comportent pas comme le prédit leur simple théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) basée sur des structures trophiques aléatoires. De fait, May lui-même suggéra que la réponse à l'énigme devait se trouver dans le dessin particulier, ou architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.), des réseaux trophiques", affirme le professeur de l'UGR.

Bien que le débat ne soit pas nécessairement clos, puisque la stabilité mesurée est une condition obligatoire mais pas suffisante pour qu'un écosystème perdure, "ce résultat promet de changer notre vision des écosystèmes, et peut-être d'autres systèmes avec certaines propriétés similaires, comme les réseaux neuronaux, génétiques, commerciaux ou financiers". De plus, tel que l'avertissent les chercheurs, il est indispensable de savoir si un système deviendra plus ou moins stable avec la perte de certains de ses éléments (extinction d'espèces, faillites de banques) si nous voulons empêcher son effondrement.

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Source: Université de Grenade
 
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