Déclin des conifères pendant les refroidissements climatiques

Publié par Adrien le 17/11/2020 à 09:00
Source: CNRS INEE
Par effet de compétition pour les ressources, il est communément accepté que la radiation explosive des plantes à fleurs (angiospermes), entre 125 et 80 millions d'années (Crétacé), a eu un impact négatif sur la diversité d'autres groupes de plantes comme les gymnospermes (conifères, cycas, ginkgos). Une étude publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA par des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un...) des Sciences de l'Evolution de Montpellier (ISEM - CNRS/EPHE/IRD/Université de Montpellier) montre que la diversité des conifères est fortement et directement liée à la diversité croissante des plantes à fleurs depuis le Crétacé, attestant ainsi du rôle de la compétition entre plantes.


Sur la photo, un thuya géant, appelé Cèdre rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) de l'Ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) (Thuja plicata), est une espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique....) de conifère de la famille des Cupressaceae endémique du nord-ouest (Le nord-ouest est la direction entre les points cardinaux nord et ouest. Le nord-ouest est opposé au sud-est.) de l'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.). Avec l'autorisation de Fabien L. Condamine (CNRS, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Montpellier)

Comprendre comment la compétition pour les ressources peut réguler l'apparition et l'extinction des espèces (En biologie et écologie, l'extinction est la disparition totale d'une espèce ou groupe de taxons, réduisant ainsi la biodiversité.) et peut entraîner l'augmentation ou le déclin de groupes entiers représente un objectif majeur de l'écologie et la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) de l'évolution. Ceci est particulièrement difficile à étudier car chaque groupe suit des trajectoires de diversité différentes à travers le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), qui sont déterminées par différents régimes de spéciation et d'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans plusieurs domaines :).

Deux modèles de remplacement biologique sont reconnus dans le registre fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste (coquille, os, dent, graine, feuilles...) ou le simple moulage d'un animal ou...): le modèle à "double tranchant", dans lequel un clade décline tandis que l'autre prospère (ex. les brachiopodes et les bivalves), et le modèle d'extinction massive (Le mot massif peut être employé comme :), impliquant un événement d'extinction qui anéantit un groupe tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en permettant à un autre de se diversifier (ex. les dinosaures et les mammifères). Lorsque deux groupes d'organismes occupent des habitats similaires et que la diversité à long terme de l'un augmente progressivement tandis que celle de l'autre diminue, on peut naturellement conclure qu'une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) négative (compétition) a eu lieu entre les deux. Cependant, un tel patron de diversité peut résulter de réponses opposées à des changements physiques ou d'interactions différentielles entre les groupes.

Un exemple de compétition, possible, entre groupes sur une longue période de temps concerne le déclin des gymnospermes (1100 espèces) et la diversification rapide des angiospermes (∼300 000 espèces) depuis le Crétacé. En raison de la domination actuelle, on pense généralement que les angiospermes ont remplacé les gymnospermes. Dans cette étude publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, les chercheurs de l'Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (ISEM - CNRS/EPHE/IRD/Université de Montpellier) ont étudié les conifères regroupant 615 à 630 espèces actuelles comme les araucarias, cèdres, cyprès, épicéas, genévriers, ifs, pins, ou thuyas.

Pour évaluer l'hypothèse largement répandue selon laquelle la radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une...) des angiospermes aurait entraîné le déclin des gymnospermes (ici approximé par les conifères), les processus de diversification des conifères ont été estimés grâce à des approches utilisant les phylogénies moléculaires datées et les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) paléontologiques. Des modèles estimant la spéciation et l'extinction ont alors été utilisés pour corroborer les résultats entre ces deux types de données et palier aux difficultés générales que pose l'estimation des taux de diversification, notamment d'extinction.

À l'aide de ces données couvrant l'histoire des conifères (350 millions d'années), la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de diversification des conifères se caractérise par de faibles taux de diversification tout au long de leur histoire, mais est ponctuée par des impulsions de spéciation pendant les événements de réchauffement. Le résultat le plus important est que l'extinction des conifères a drastiquement augmenté au Crétacé moyen (100 à 110 millions d'années) et est restée élevée depuis. Dans le Cénozoïque, 66 derniers millions d'années, les conifères sont en déclin dû au fait qu'il y a eu plus d'extinction que d'apparition d'espèces.

Des analyses complémentaires ont été réalisées pour tenter de comprendre les causes de ce long déclin. Afin d'élucider l'impact relatif de la diversité des angiospermes et du changement climatique (variations de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations...) et de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) atmosphérique) sur la diversification des conifères, les chercheurs ont utilisé d'autres modèles qui intègrent explicitement les effets supposés des facteurs abiotiques (climat) et biotiques (diversité relative des angiospermes) comme moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie...) possibles de la diversification.

Les modèles incluant les phylogénies ou le registre fossile estiment que le taux d'extinction des conifères est lié à la diversité des angiospermes si bien que l'extinction augmente quand les angiospermes augmentent. Ces modèles expliquent mieux la diversification que des modèles avec le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la...), bien que les refroidissements climatiques favorisent aussi l'extinction. Ainsi les résultats soutiennent l'hypothèse d'un remplacement actif des conifères, impliquant que la compétition directe avec les angiospermes a augmenté l'extinction des conifères pendant la radiation des angiospermes vers une dominance écologique et évolutive et ceci dans une période de refroidissement global.


Sur cette figure sont présentés en (A) la dynamique de diversification des conifères à l'échelle mondiale, montrant à la fois le ralentissement du taux de spéciation et l'augmentation de l'extinction au cours du temps, résultant en un taux de diversification négatif dans le Cénozoïque, entraînant donc un déclin des conifères ; en (B) la diversité relative des plantes à fleurs (angiospermes) au cours du temps, suggérant une radiation rapide dans le Crétacé et le Cénozoïque ; et en (C) le modèle de diversification qui explique le mieux la spéciation et l'extinction des conifères, avec un taux d'extinction dépendant positivement de la radiation des angiospermes. Dans ce modèle, le déclin des conifères est donc expliqué par l'augmentation de la diversité relative des plantes à fleurs, suggérant ainsi un fort rôle de la compétition entre ces groupes. Figure par Fabien L. Condamine (CNRS, Université de Montpellier)

Depuis le Cénozoïque, les angiospermes ont dominé les écosystèmes terrestres à l'échelle mondiale, en termes de dynamique de diversification, d'occupation géographique à l'exception des régions boréales, et d'innovations écologiques ou physiologiques. Des études antérieures ont suggéré que les angiospermes pourraient avoir supplanté les gymnospermes en raison d'avantages tels qu'une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) de croissance rapide, des systèmes de reproduction variés telle que la pollinisation (La pollinisation est le mode de reproduction privilégié des plantes angiospermes et gymnospermes. C'est un des services écologiques rendus par la biodiversité. Il s'agit du processus de...) par les insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large public d'amateurs et de naturalistes. Produite par...), de nouveaux systèmes de défense chimique et la tolérance au stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des contraintes environnementales. Dans le...) climatique. Ces avantages ont probablement donné aux angiospermes un avantage concurrentiel sur les conifères à partir du Crétacé supérieur, ce qui a finalement conduit à leur déclin.

L'étude d'un ancien groupe de plantes et relativement pauvre en espèces approfondit notre compréhension de la manière dont la diversité est régulée dans le temps et en relation avec de multiples facteurs externes. Grâce à des modèles écologiques de macroévolution, des données phylogénétiques et fossiles, cette étude apporte un solide soutien à une hypothèse largement répandue de compétition entre clades à travers le temps. Cette étude illustre comment des branches entières de l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les arbres acquièrent une structure rigide composée d'un tronc qui...) de la vie (La vie est le nom donné :) peuvent se concurrencer activement pour la dominance écologique dans des conditions climatiques changeantes. Un tel cadre méthodologique pourrait mettre en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) des interactions biotiques à long terme pour de nombreux autres groupes.


Sur la photo, une colonie de pin colonnaire (Araucaria columnaris), est une espèce de conifère de la famille des Araucariaceae endémique de Nouvelle-Calédonie (La Nouvelle-Calédonie est un archipel d'Océanie situé dans l'océan Pacifique à 1 500 km à l'est de l'Australie et à 2 000 km au nord de la Nouvelle-Zélande, à quelques...). Avec l'autorisation de Fabien L. Condamine (CNRS, Université de Montpellier).

Référence:
Condamine F.L., Silvestro D., Koppelhus E.B. & Antonelli A.
(2020) The rise of angiosperms pushed conifers to decline during global cooling.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA
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