Première cartographie de la biodiversité océanique des micro-organismes il y a 500 millions d'années

Publié par Isabelle le 17/04/2021 à 13:00
Source: CNRS INEE
Situés à la base des chaînes alimentaires de l'océan, les micro-organismes végétaux (phytoplancton) jouent un rôle fondamental dans le fonctionnement des écosystèmes marins. Une chercheuse et des chercheurs montrent que les plus anciens représentants du phytoplancton présentaient un maximum de diversité aux moyennes latitudes de l'hémisphère Sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre...) au Paléozoïque inférieur (541 à 444 millions d'années avant l'actuel), une distribution spatiale différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) de celles observées de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...). Ces résultats sont publiés dans la revue Science Advances.


Fig. 1. Illustration d'un spécimen d'acritarche du Paléozoïque inférieur (Stelliferidium sp., diamètre = 30 µm). Les acritarches − du grec akritos, signifiant "incertain" ou confus", et arche (Une arche est un élément naturel ou construit qui adopte une forme géométrique proche de l'arc....), "origine" − regroupent tous les microfos siles à paroi organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) aux affinités biologiques incertaines. Image: Marco Vecoli.

A très large échelle géographique (régionale à mondiale), la biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie...) présente des motifs d'organisation (Une organisation est) spatiale fondamentaux se retrouvant en milieux terrestres comme océaniques et chez la plupart des organismes, depuis les bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) jusqu'aux grands mammifères. Parmi ces motifs dits "biogéographiques", le gradient latitudinal de diversité (GLD), qui correspond à l'augmentation du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'espèces des pôles vers l'équateur, est considéré comme le plus largement répandu sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Ce GLD est documenté chez un grand nombre d'espèces actuelles mais son origine, sa prépondérance dans le registre fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement...) ainsi que ses mécanismes explicatifs restent largement débattus.

En associant l'étude de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) fossiles et la modélisation des climats anciens, une équipe de chercheuse/eurs - dont certains issus du laboratoire Evolution, Ecologie et Paléontologie (La paléontologie est la science qui étudie les restes fossiles des êtres vivants du...) (EVO-ECO-PALEO - CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) / Univ. Lille), du Laboratoire Paléontologie Evolution Paléoécosystèmes Paléoprimatologie (PALEVOPRIM - CNRS / Univ Poitiers), du laboratoire BIOGEOSCIENCES (BGS - CNRS - COMUE UBFC) et du Laboratoire d'océanologie et de géosciences (LOG - CNRS / Univ. Littoral Côte d'Opale (Une opale est un minéral composé de silice hydratée de formule SiO2, nH2O avec des...) / Univ. Lille) - a montré que les premiers représentants du phytoplancton ‒ les acritarches (Fig. 1) ‒ présentaient un gradient latitudinal de diversité dès l'apparition des principaux embranchements d'animaux actuels au Paléozoïque inférieur, il y a plus de 500 millions d'années (Fig. 2).

L'équipe a aussi mis en évidence dans ces travaux parus dans Science Advances d'importantes variations de ce GLD au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), notamment en réponse aux variations climatiques. Tandis que la première période (le Cambrien (Le Cambrien, qui s'étend de -542 ± 0.3 à...), -541 à -485.4 Ma) est caractérisée par un climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une...) chaud avec des températures équatoriales trop élevées pour permettre à la vie (La vie est le nom donné :) de pleinement se diversifier, le refroidissement global observé à partir de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) période (l'Ordovicien, -485.4 à -443.8 Ma) s'accompagne d'une augmentation spectaculaire de la diversité marine et d'une colonisation de la zone équatoriale (Fig. 2). Le GLD devient alors plus marqué et le pic maximum de diversité se rapproche de l'équateur (Fig. 2).


Fig. 2. Variation temporelle de la diversité des acritarches au cours du Paléozoïque inférieur. On note l'émergence d'un GLD à partir de la série 2 du Cambrien avec la présence d'un seul pic de diversité situé aux moyennes latitudes de l'hémisphère Sud, puis la colonisation de la zone intertropicale (25°S à 25°N) pendant l'Ordovicien Inférieur, et le dédoublement du pic de diversité à l'Ordovicien Moyen. L'absence de second pic de diversité dans l'hémisphère Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) résulterait d'une faible préservation des fossiles dans cette zone couverte par l'Océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau...) Panthalassa, et/ou d'une diversité initiale plus faible en raison d'une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) limitée en espace propice au développement du phytoplancton.
Abbréviation: Ma, million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) d'années.

Mais ce gradient montre également une différence fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) avec ceux que l'on connaît aujourd'hui: il ne présente qu'un seul pic de diversité (on parle alors de gradient unimodal) situé aux moyennes latitudes de l'hémisphère Sud, là où le maximum de diversité chez les espèces actuelles est classiquement situé à l'équateur ou se subdivise en deux pics centrés sur les basses/moyennes latitudes de chaque hémisphère (gradient bimodal).

L'utilisation d'un modèle de distribution spatiale de la biodiversité (METAL) établi avec la paléogéographie (Fig. 3) et le paléoclimat connus au Paléozoïque inférieur prédit pourtant un second pic dans l'hémisphère Nord. Ce modèle suggère que le GLD des acritarches observé grâce aux données fossiles correspondrait en fait à un gradient bimodal tronqué, dont le pic initialement situé dans l'hémisphère Nord ne peut plus être observé aujourd'hui. Cette absence de second pic dans cet hémisphère pourrait résulter d'une faible préservation des sédiments, et donc des fossiles qu'ils contiennent, dans cette zone alors essentiellement occupée par un immense océan appelé Panthalassa (Fig. 3).

Mais le modèle METAL n'intègre pas certains paramètres indispensables à la survie du phytoplancton, comme par exemple la concentration en nutriments, liée à la proximité des continents. La faible diversité des acritarches observée dans l'hémisphère Nord pourrait donc également correspondre à un réel signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) biologique reflétant une quantité limitée d'espace propice au développement du phytoplancton dans cette zone géographique alors quasi exempte de continents (Fig. 3).


Figure 3. Carte du monde au Paléozoïque inférieur. Reconstruction de la paléogéographie il y a ~491.75 millions d'années et localisation des 328 localités fossilifères utilisées dans l'étude (points noirs). Les zones grises corres pondent aux continents émergés et les parties rayées aux surfaces continentales situées sous l'océan.

[U]Références:[/U]
Truncated bimodal latitudinal diversity gradient in early Paleozoic phytoplankton. Zacaï, A., Monnet, C., Pohl, A., Beaugrand, G., Mullins, G., Kroeck, D., Servais, T. Science Advances (2021)

Contacts:
- Axelle Zacaï - Laboratoire Paléontologie Evolution Paléoécosystèmes Paléoprimatologie (PALEVOPRIM - CNRS / UNIV POITIERS) - axelle.zacai at univ-poitiers.fr
- Jessie Cuvelier - Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) - Evolution, Ecologie et Paléontologie (EVO-ECO-PALEO - CNRS/Univ de Lille) -
jessie.cuvelier at univ.lille.fr
- Gildas Merceron - Communication PALEVOPRIM (CNRS/Université de Poitiers) - gildas.merceron at univ-poitiers.fr
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