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L'évolution de la biodiversité et les crises biologiques

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Objectif(s)

Constater les variations de la biodiversité au cours des temps géologiques.
Retracer l’histoire de l’évolution de la biodiversité depuis l’apparition de la Vie, il y a -4 Ga.
Comprendre les raisons de ces variations.

Points clés

La biodiversité est un paramètre qui varie au cours des temps géologiques, même si elle semble stable à l’échelle humaine (temps géologique extrêmement court).
Cette variation est due à des modifications brutales des conditions climatiques et physiques qui vont conduire à un profond déséquilibre. Un grand nombre d'espèces ne sont plus favorisées dans ces nouvelles conditions et elles s’éteignent au profit d’autres espèces qui étaient jusqu’alors minoritaires.
Aujourd’hui, de par son activité, l’Homme perturbe les écosystèmes et observe à son échelle une diminution de la biodiversité. Ce qui nous laisse présager qu'une sixième crise biologique est déjà en route.

La biodiversité actuelle ne reflète qu’un instant t de l’histoire de la Vie. En étudiant les fossiles emprisonnés dans les roches sédimentaires, on sait aujourd’hui que des espèces ont vécu par le passé et ont disparu.

1. Histoire de l'évolution de la biodiversité au cours des temps géologiques

a. La preuve d'une évolution de la biodiversité

Si l'on compare les espèces animales et végétales vivants à deux temps géologiques différents, on constate que certaines ont disparues, et que d’autres sont apparues.

Les espèces se succèdent au cours des temps géologiques.

Prenons l’exemple de la forêt marécageuse de Montceau-les-Mines présente au Carbonifère (-304 à -300 Ma). On a retrouvé sur ce site les fossiles de plus de 200 espèces de végétaux et ceux d’une cinquantaine d’espèces animales. On constate que parmi ces derniers, 49% correspondent à des espèces d’arthropodes. Les autres sont des vertébrés et des mollusques.
Parmi les végétaux, on ne trouve pas d’angiospermes (plantes à fleurs) mais plutôt des fougères et quelques conifères.
La majorité de ces espèces fossiles ont disparues aujourd’hui. Par contre, on retrouve actuellement certaines espèces qui leur sont proches.
Si on étudie maintenant les fossiles trouvés sur le site de Messel (en Allemagne) recouvert par un lac niché au cœur d’une forêt tropicale à l’Eocène (-50 à -45 Ma) on trouve des arbres fruitiers, des fougères et une faune variée comprenant notamment des petits mammifères.

En 2010, on dénombre environ 1,76 million d’espèces vivantes connues.

b. Les grandes étapes de l'évolution de la biodiversité

La Terre s’est formée il y a –4,5 Ga. L’activité volcanique qui régnait à l’époque permet la formation d’une atmosphère primitive riche en dioxyde de carbone. Au cours de son refroidissement, la vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère se condense et donne naissance aux océans. C’est dans ces océans que la Vie apparaît il y a -4 Ga.
Cette Vie est tout d’abord unicellulaire. La photosynthèse va lui permettre de se diversifier dans les océans.
Les Algues apparaissent il y a -600 Ma en même temps que les premiers animaux pluricellulaires. Les premiers vertébrés apparaissent au Cambrien (-540 à -500 Ma).
Les poissons à nageoires rayonnées apparaissent il y a -420 Ma et les poissons à squelette cartilagineux il y a -410 Ma.
L’accumulation de dioxygène dans les océans puis dans l’atmosphère conduit à la formation de la couche d’ozone, étape clé pour que la vie terrestre se développe.
Les premières plantes terrestres qui apparaissent vers -430 Ma sont proches des mousses. Les premières plantes ligneuses, proches des fougères apparaissent quant à elles vers -380 Ma.
Les premiers animaux à conquérir la surface terrestre sont les arthropodes (vers -400 Ma) puis apparaissent les premiers amphibiens (-240 Ma).
Les mammifères apparaissent vers -205 Ma et les oiseaux vers -150 Ma.

2. Les causes de l'évolution de la biodiversité au cours du temps

On constate que les conditions du milieu sont déterminantes pour l’évolution de la biodiversité. Des événements géologiques importants tels que des éruptions volcaniques ou le déplacement des continents (tectonique des plaques) peuvent être à l’origine de grands changements climatiques à la surface de la Terre.

a. Définition d'une crise biologique.

Une crise biologique est un phénomène d'extinction répondant à plusieurs critères :

- l'extinction doit toucher un large nombre de taxons.
- elle doit se produire sur une large surface géographique.
- se dérouler sur un laps de temps court à l'échelle des temps géologiques : de l'ordre de la centaine de milliers d'années.
Les crises sont donc caractérisées par une forte extinction des espèces mais jamais à leur éradication totale, elles sont toujours suivies d'une période de forte re-colonisation des milieux accompagnée d'apparitions de nouvelles espèces.

Notre planète à actuellement subit 5 crises biologiques majeures, la plus célèbre est la crise Crétacée-Tertiaire connue pour la disparition de la majeure partie des Dinosaures tout en étant la moins dévastatrice.
La crise la plus dévastatrice fut celle du Permien-Trias avec 95% de disparition des espèces marines.

Crises	Ordovicien supérieur	Dévonien sup.	Permien- Trias	Trias-Jurassique	Crétacé-Tertiaire
% d'espèces marines touchées	85	75	95	75	75

b. Causes des crises biologiques

Si l'on étudie la géologie de la France, on constate qu’il y a des preuves de changements climatiques. On trouve des traces d’une ancienne forêt tropicale datant du Carbonifère et des traces de vie marine.
Lors du déplacement des continents après la dislocation de la Pangée, la portion correspondant à la France actuelle est remontée d’une zone équatoriale vers une zone tempérée.
Ce déplacement a donc conduit à des modifications climatiques importantes ainsi qu’à des modifications du niveau des océans. Cette variation des conditions du milieu au sein des écosystèmes a pour conséquence directe la disparition de certaines espèces au profit d’autres qui étaient jusqu’alors minoritaires.

c. Un exemple : la crise Crétacé-Tertiaire

Au Crétacé (-135 à -65 Ma), la flore et la faune sont très diversifiées. Le climat est doux. Les vertébrés sont en pleine expansion. On trouve des poissons et des amphibiens dans les milieux aquatiques. A la surface, certains vertébrés dominent ; c’est « l’ère des dinosaures ».
On estime qu'environ 75% des espèces marines connues ont disparu lors de cette crise.

Taxons totalement éteints :
- Les ammonites (mollusques céphalopodes),

- Les bélémnites (semblable à la seiche actuelle),
- Les rudistes,
- Les inocérames (mollusque lamellibranches),
- Les ptérosaures (reptiles volants),

- Les pléiosaures,
- Les ichtyosaures,

...

Extinction partielle :
- Les foraminifères,
- Les bryozoaires,
- Les brachiopodes,
- Les chondrichtyens,
- Les dinosaures (tous éteints sauf le groupe des oiseaux),

...

Plusieurs hypothèses ont été émises pour expliquer les causes d'une telle crise :
- Une régression marine, peu probable car le phénomène aurait été trop long pour engendrer une crise.
- Un impact de météorite : plusieurs éléments corroborent cette hypothèse : trace d'une couche riche en Iridium à la limite Crétacée-Tertiraire et impact possible de la météorite : le cratère de Chicxulub (diamètre de 200 km pour une météorite de 10 km à l'impact) daté de 65 millions d'années.

- Éruptions volcaniques : là encore les trapps de Deccan en Inde témoignent d'une forte activité volcanique à la fin du Crétacé, rejetant d'immenses volumes de gaz et de poussières dans l'atmosphère.

Le cumul de ces 2 dernières hypothèses suffirait à expliquer les causes de la crise. En effet, s'ils se sont produits sur un laps de temps court (quelques millions d'années), ces phénomènes ont largement pu engendrer une modification des conditions de milieu (physique et climatique) et conduit à un déséquilibre écologique expliquant la crise de biodiversité observée.

Certaines espèces sont exterminées au profit d’autres. C’est le cas des mammifères qui prennent leur essor au Tertiaire.

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