Qu'est-ce qui explique la biodiversité des îles ?
Publié par Isabelle le 08/03/2020 à 14:00
Source: CNRS INEE
Une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, basée sur des données moléculaires de centaines d'espèces d'oiseaux de 41 archipels océaniques dans le monde, révèle comment la superficie et l'isolement des îles sont essentiels pour déterminer la diversité des espèces qu'elles contiennent.


L'espèce est le Tchitrec des Mascareignes (Les Mascareignes sont trois îles du sud-ouest de l'océan Indien situées au large de la côte est de Madagascar. Deux États exercent leur souveraineté sur cet...) (Terpsiphone bourbonnensis).
Photographié à Sainte-Rose, Ile de La Réunion (La Réunion est une île française du sud-ouest de l'océan Indien située dans l'archipel des Mascareignes à environ 700 kilomètres à l'est...), Océan Indien (L’océan Indien s'étend sur une surface de 75 000 000 km². Il est limité au nord par l'Inde, le Pakistan et l'Iran, à l'est par la Birmanie, la Thaïlande, la Malaisie, l'Indonésie...).
© Christophe Thébaud & Borja Milá

La répartition des êtres vivants à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...) n'est ni régulière ni uniforme. Certaines régions sont plus riches en espèces que d'autres, ou possèdent un cortège d'espèces qui leur est propre. Comprendre la nature et les causes de cette variation est l'un des enjeux majeurs de cette discipline que l'on nomme la biogéographie (La biogéographie est une branche de la géographie physique et de l'écologie qui étudie la vie à la surface du globe par des analyses descriptives et explicatives de la répartition des êtres...), à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de...) entre l'écologie, les sciences de l'évolution, et la géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et λογος (logos, « parole », « raison »), est la science qui traite de la...). Les îles volcaniques océaniques constituent depuis les travaux pionniers de Darwin et Wallace les zones d'études favorites des biogéographes.

Il y a un peu plus d'un demi-siècle, en 1963, Robert MacArthur, mathématicien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute personne faisant des mathématiques la base de son activité principale. Ce terme recouvre une large palette de...) et naturaliste (Le mot naturaliste fait référence au domaine des sciences naturelles. L'adjectif qualifie une personne ou un groupe (association, société savante.. )), et Ed Wilson, entomologiste, s'intéressèrent au problème et proposèrent une des théories les plus importantes de 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 sciences naturelles et de l'histoire naturelle des...) moderne, la 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...) de biogéographie insulaire. Partant des observations que les îles de grande superficie (L'aire ou la superficie est une mesure d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent cette mesure par le terme « surface »...) abritent plus d'espèces que les îles de petite superficie, et que les îles isolées abritent moins d'espèces que les îles proches des continents, MacArthur et Wilson imaginèrent un modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils, les techniques et les théories mathématiques, puis généralement, en sens inverse, la traduction des...) simple selon lequel le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'espèces sur une île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un lac ou d'une mer. Son étymologie latine, insula, a donné l'adjectif « insulaire » ; on dit aussi...) résulte d'un équilibre dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) entre les processus de colonisation des îles et d'extinction des espèces (En biologie et écologie, l'extinction est la disparition totale d'une espèce ou groupe de taxons, réduisant ainsi la biodiversité.) présentes sur les îles. Ce modèle prédit bien la variation du nombre d'espèces selon la superficie et l'isolement des îles. Une observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...), toutefois, ne put être prise en compte dans le modèle de MacArthur et Wilson, celle que les espèces évoluent et qu'au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) se forment sur les îles des espèces nouvelles et différentes de leurs apparentés sur les continents.

Aussi étonnant que cela puisse paraître, aucune étude jusqu'à présent n'a pu rendre compte de façon globale des relations qui lient précisément la superficie et l'isolement des îles aux probabilités de colonisation, de formation de nouvelles espèces, 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 :) des espèces présentes sur les îles. L'estimation de ces relations a même semblé hors d'atteinte des possibilités de la 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, la recherche...) pendant des décennies, en raison des difficultés liées à l'estimation de l'histoire évolutive des espèces.

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, un collectif de chercheurs, composé d'ornithologues, de biologistes de l'évolution et de mathématiciens, emmené par Luis Valente (Museum für Naturkunde Berlin / Naturalis Biodiversity Center, Leiden), et comprenant des chercheurs 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 tel institut.) de Systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé sur des principes divers. Elle ne doit pas être...), Evolution, 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 gènes dans l'espace et dans le...) (MNHN/CNRS/EPHE/Sorbonne Université) et du laboratoire Evolution et Diversité Biologique (EDB – CNRS/Univ. Toulouse III-Paul Sabatier/IRD) a pu quantifier, pour la première fois, la dépendance des processus de colonisation, de spéciation, et d'extinction vis-à-vis de la superficie et de l'isolement des îles. A l'aide d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) de nouvelles 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...) sur les oiseaux des îles océaniques à l'échelle du monde (Le mot monde peut désigner :), les chercheurs ont pu prouver que le taux de colonisation décroît avec l'isolement des îles, que le risque d'extinction décroît avec la superficie, et que la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance donnant lieu...) que des nouvelles espèces se forment augmente avec la superficie et l'isolement. Si ces résultats peuvent sembler intuitifs au premier abord, les données adéquates et les méthodes statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation...) appropriées ont fait défaut jusqu'à présent pour mettre à l'épreuve de manière rigoureuse la théorie de MacArthur et Wilson. L'étude de Valente et de ses collaborateurs, en plus d'avoir confirmé les prédictions de la théorie, fournit des estimations statistiquement robustes de la forme précise des relations entre ces paramètres-clés du processus d'édification des faunes et des flores que sont la colonisation, la spéciation, et l'extinction.

A l'aide de données génétiques obtenues sur des centaines d'espèces d'oiseaux insulaires, ayant fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) de prélèvements sanguins au cours de nombreuses expéditions dans des dizaines d'archipels océaniques sur une vingtaine d'années, les auteurs ont développé et mis en œuvre un nouveau modèle qui permet de prédire la richesse en espèce sur de nombreuses îles à l'échelle de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...). Ce modèle prédit remarquablement bien le nombre d'espèces de certains archipels, comme Hawaii ou les Iles Canaries. En revanche, quelques archipels abritent un plus grand nombre d'espèces que celui qui est prédit par le modèle, notamment les Comores (Les Comores forment un archipel d'îles situées au sud-est de l'Afrique, à l'est de la Tanzanie et au nord-ouest de Madagascar. Elles sont partagées entre un pays indépendant, l'Union des Comores, et Mayotte, une...) et São Tomé & Príncipe, deux archipels dont l'avifaune, encore peu étudiée, mériterait plus d'attention de la part des ornithologues

Un résultat de l'étude est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait étonnant et presque inattendu: alors que les îles océaniques sont surtout connues pour être le lieu propice aux radiations spectaculaires d'espèces, comme par exemple les Pinsons de Darwin où une espèce ancestrale se diversifia en plus de 15 espèces après avoir colonisé l'archipel (Un archipel est un ensemble d'îles relativement proches les unes des autres. La proximité se double le plus souvent d'une origine géologique commune.) des Galápagos, dans une large majorité des cas, la richesse des peuplements insulaires s'explique surtout par l'évolution des espèces colonisatrices sans multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire avec l'addition, la soustraction et la division .) du nombre d'espèces à l'intérieur des archipels ou des îles. Cette étude constitue une percée tant théorique que méthodologique dans l'analyse des processus fondamentaux qui gouvernent la biodiversité globale.

Référence:
A simple dynamic model explains the diversity of island birds worldwide. Valente, L., Phillimore, A.B., Melo, M. et al. A simple dynamic model explains the diversity of island birds worldwide. Nature. 02/19/2020
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2022-5

Contacts:
- Warren Ben - Institut de Systématique, Evolution, Biodiversité (ISYEB - CNRS/MNHN/Sorbonne Université/EPHE) - bwarren at mnhn.fr
- Thébaud Christophe - Laboratoire Evolution et Diversité Biologique (EDB – CNRS/Université Toulouse III Paul Sabatier/IRD) - christophe.thebaud at univ-tlse3.fr
- Frédéric Magné - Contact communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces)...) - Laboratoire Évolution et Diversité Biologique (EDB – CNRS/Univ. Toulouse III Paul Sabatier/IRD)
- frederic.magne at univ-tlse3.fr
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