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Ch-4 La Biodiversité

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La biodiversité

I- Définition
a) L’origine du concept

Scientifique : 1988 – Edward Osborne Wilson propose le terme de « biodiversité ».


Politique : 1992 – Sommet de la Terre de Rio de Janeiro.

b) La biodiversité aujourd’hui

La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s’apprécie en considérant la
diversité des écosystèmes, des espèces, et des gènes dans l’espace et dans le temps, ainsi que les
interactions au sein de ces niveaux d’organisation et entre eux.

Notion complexe qui nécessite une approche multidimensionnelle :

- Echelle biologique : diversité au sein des espèces, entre les espèces et entre les écosystèmes.
- Echelle géographique : diversité au niveau local, régional, global.
- Echelle fonctionnelle : diversité du rôle fonctionnel des espèces dans l’écosystème (/réseau
trophique).

c) Les différentes facettes de la diversité

1- La diversité génétique (premier niveau)


(Incluant tous les allèles de chaque caractère) contenue dans le pool génique de chaque espèce.

La structuration génétique d’une espèce varie entre ses populations sur toute son aire géographique.
 La perte d’une population : perte de sa diversité génétique et la réduction de la diversité
biologique totale de la région concernée. Cette information génétique, unique, est
irrécupérable.

Ce niveau de biodiversité est critique du point de vue des facultés d’adaptation de l’espèce face aux
changements environnementaux.

2- Diversité spécifique

Ensemble des espèces présentes dans un espace défini (échantillon, biotope, écosystème, biosphère).
C’est à ne pas confondre avec la biodiversité.

Qu’est-ce qu’une espèce ?


« Une espèce est une population ou un ensemble de populations dont les individus peuvent
effectivement ou potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et
féconde, dans des conditions naturelles » (Ernst Mayr, 1942) : OK Eucaryotes.

Chez les procaryotes, il n’y a pas de notion d’inter fécondité, et l’espèce n’est pas définie de cette
manière mais à partir de critères d’identité ou de proximité des génomes ou de certaines séquences
d’ADN.
Qu’est-ce qu’une espèce Eucaryote ?
- Ressemblance morphologique ?
- Possibilité de reproduction ?
- Descendance féconde ?

La diversité spécifique alpha (α) correspond au nombre d’espèces coexistant dans un habitat uniforme
de taille fixe. (Celle dont on parle tout le temps en général).

La diversité spécifique bêta (β) correspond aux taux de remplacement des espèces dans une zone
géographique donnée.

Schéma :
Partie commune faible : diversité bêta est élevée
Beaucoup d’espèce commune  diversité bêta est faible.

La diversité spécifique α est similaire (3000 espèces)


Le fonctionnement des écosystèmes sera différent  diversité fonctionnelle

La biodiversité gamma (ϒ) correspond au nombre d’espèces, tous écosystèmes confondus, dans une
région (exemple : La Corse).
Elle peut évoluer de façon différente de la diversité epsilon.

La diversité epsilon correspond au nombre d’espèces, tous écosystèmes confondus, dans une province
biogéographique (exemple : la Méditerranée).

Exemple : Diversité gamma et epsilon

 Mammifères Corses

Tardiglaciaire et Holocène
6 espèces endémiques (gamma)
50 espèces en méditerranée (epsilon).

Holocène et actuel : espèces introduites


21 espèces, toutes introduites (gamma)
21 en méditerranée (epsilon).

Quand on emmène une nouvelle espèce, on augmente gamma mais rien ne change à l’échelle de
la province. Par contre elle peut entrainer une diminution des espèces présentent en Corse.

3- La diversité taxonomique

La diversité taxonomique correspond à un niveau supérieur à l’espèce : Niveau des genres, familles,
ordres, classes, embranchements, … Autrement dit, elle part du principe qu'à richesse spécifique et
« équitabilité » égales, la diversité d'une communauté sera plus grande si les espèces appartiennent à
de nombreux genres différents que si elles sont toutes du même genre.
Diversité spécifique : domaine terrestre > domaine marin
(1 500 000 espèces) (200 000 espèces)
Diversité taxonomique (embranchement) :
Domaine terrestre < domaine marin
(22 phylum) (35 phylum)
4- La diversité phylogénétique

La phylogénie est l’étude des relations de parentés entre différents êtres vivants en vue de
comprendre l’évolution des organismes vivant.

La diversité phylogénétique :
Pour un certain nombre d’espèces, leur appartenance au même taxon supérieur (par exemple les
oiseaux) ou à plusieurs taxons supérieurs (par exemple les oiseaux, lézards, mammifères, etc) est
importante.

Exemple :
4 espèces d’un même taxon dans un écosystème

4espèces appartenant à 4 taxons.

5- La diversité écologique

La diversité écologique (écobiodiversité) correspond à la diversité spatiale.


Elle concerne les communautés, les habitats ou les écosystèmes (naturels ou non) existant sur un
territoire donné ou sur Terre.

6- La diversité des paysages

La diversité des paysages correspond au type, aux conditions, aux patrons (patterns) et aux relations
des communautés naturelles ou des écosystèmes dans un paysage.

La fragmentation des paysages, la perte de connections (corridors écologiques) et la perte de


communautés naturelles résultent toutes en la perte de diversité biologique pour la région considérée.
L’espèce humaine et les résultats de son activité font partie de la plupart des paysages.

7- La diversité fonctionnelle

La diversité fonctionnelle est indispensable pour évaluer les conséquences de la disparition d’espèces
(et éventuellement leur remplacement) dans un écosystème.

8- La diversité d’hétérogénéité/équitabilité

Le nombre d’espèces (diversité spécifique) doit être complété par l’abondance relative des individus
de chaque espèce (équitabilité).

9- Les espèces présentes

Le nombre d’espèces doit être nuancé par leur rareté (espèces endémiques), leur rôle dans
l’écosystèmes (espèces ingénieures qui façonnent l’écosystème), leur intérêt pour la conservation
(espèces patrimoniales).

Des écosystèmes à très faible diversité spécifique, à très faible production, peuvent avoir une très
grande valeur patrimoniale.
Exemple :
- Une sansouire de Camargue : salicornes et saladelles
- L’écosystème des roches littorales (halophiles en corse : armeria soleirolii).
 De très nombreuses espèces endémiques. Donc on protège même si peu nombreux.

Le nombre d’espèces de certains taxons n’est pas un signe de diversité spécifique élevée.
Exemple :
Aquaculture super car augmente la biodiversité :
Sous les cages piscicoles, la diversité des « invertébrés » a augmenté.
Mais au débouché des égouts aussi donc bon.

II- Arbre du vivant

La classification du monde vivant


XVIIIème siècle Première classification « moderne » par Carl von Linné (1707-1778)
5250 espèces animales
4235 espèces végétales
 Ressemblances morphologiques
Hiérarchisation de la classification : classe, genre, ordre, espèce, variété. (Première fois)

La classification classique, initiée par Linné, se base sur les ressemblances les plus visibles entre les
espèces, est facilement utilisable par le grand public, mais elle ne reflète pas correctement les
proximités évolutives entre espèces. (Ressemblance morphologique – fixisme)  pas prise en compte
de la phylogénie.

La classification phylogénétique est un système de classification des êtres vivants qui a pour objectif
de rendre compte des degrés de parenté entre les espèces et qui permet donc de comprendre leur
histoire évolutive (ou phylogénie).
La classification phylogénétique a remplacé la classification traditionnelle dans la plupart des milieux
scientifiques.

III- Mesures
1) Combien d’espèces dans la biosphère ?

Eucaryotes : 1,5 à 1,8 millions d’espèces


Nombres d’espèces décrites (eucaryotes) : 312 655 plantes, 74 000-120 000 champignons, 10 000
lichens, 1 500 000 animaux.
 1,9 millions d’espèces

Estimations : 5 à 30 millions d’espèces (Vraisemblablement 5 à 10 millions)


Pourquoi un tel écart ? -> notamment au niveau des procaryotes.

Procaryotes (Archées et Bactéries)


Estimations : 600 000 à 6 milliards
Avec seulement 7 300 espèces de bactéries connues.

Environ 16 000 nouvelles espèces sont décrites chaque année (1600 espèces marines).
Années 80 :
- Sources hydrothermales profondes
- 798 espèces sur 21 m2 dont 460 nouvelles
- Picoplancton (0,2-1um)
- x100 à x1000 espèces
Estimation des espèces non décrites :
Au niveau terrestre
- Insectes (4 à 100millions)
- Némathelminthes (0,5 à 1 million)
- Eucaryotes unicellulaires

Années 90 :
- 130 espèces de blattes découvertes en Guyane
- Bactéries genre spiroplasma : 1 million d’espèces
- 3 familles de plantes à fleurs

Disparitions d’espèces :
Environ 10 espèces disparaissent naturellement chaque année (c’est-à-dire hors de l’intervention de
l’espèce humaine).

Les taux de disparition des espèces depuis deux siècles est de 10 à 100 fois supérieur au rythme naturel.
Le taux de disparition des espèces sera multiplié par 10 d’ici 2050.
Disparition entre 15 et 37% des espèces d’ici 2050.
 27 000/an 74/Jour 3/heure

UICN : Mise en place d’une politique de conservation.

2) Approche technocratique
Pas possible de donner un indice, une valeur pour différentes choses. Pas d’indicateur unique.

3) Approche scientifique
- Un ensemble complexe de concepts, de facettes
- Des concepts à la fois emboités et parallèles
- De nombreuses métriques pour mesurer chaque facette de la biodiversité
- Des métriques qui peuvent donner des résultats contradictoires (en apparence !)

4) Indices
/!\ La richesse spécifique ou le nombre d’espèces ne permet pas d’estimer quantitativement la
structure d’un peuplement.

Deux peuplements de même densité et de même richesse spécifique peuvent présenter une structure
très différente.

Espèces dominantes : rôle majeur dans le fonctionnement de l’écosystème


• Réseaux trophiques
• Contrôlent le flux de l’énergie

Espèces rares : conditionnent la diversité du peuplement


• Biodiversité
• Complexité / niches écologiques
Conditions écologiques rigoureuses (climats arctiques, désertiques, pollutions)
• Nombre d’espèces rares décroîtra (donc un petit nombre)
• Une augmentation de quelques espèces communes car ont pu s’adapter
Petit nombre d’espèces avec faible diversité spécifique

Caractérisation de la diversité spécifique -> Indices de diversité.


Les indices :

Première approche : La « richesse spécifique »


Nombre d’espèces observées dans un peuplement par unité de surface ou de volume.

La richesse spécifiques (s) = nombre d’espèces du peuplement

Deuxième approche : La « richesse spécifique / nombre d’individus »

Indice de Meinhinick : d = S / √ N
Indice de Sorenson : d = S – 1 / Log N

Ils ne tiennent pas compte de l’abondance relative de chaque espèce : Equitabilité (nombre d’individus
par espèces).

Exemple :
Deux peuplements comportant chacun 10 espèces (S) et 100 individus (N)
Indice de Meinhinick : d =1 pour les 2  ne tient pas compte de l’équitabilité.

1er peuplement : 1 espèce = 91 individus (dominante) ; 9 espèces = 1 individu


2ème peuplement : chaque espèce = 10 individus
Equitabilité : Minimale dans le 1er peuplement
Maximale dans le 2ème peuplement

Troisième approche : La « richesse spécifique / abondance relative »

« Indice général de diversité » : Théorie de l’information (Shannon)


Shannon-Wiener : H’ = -pi . log2 pi

Pi = fréquence relative de l’espèce i dans le peuplement (pi = ni / ni)

0,5 à 1 -> Indice de diversité faible


2 à 3 -> Indice de diversité moyen
4 à 5 -> Indice de diversité élevé
Pour équitabilité de Shannon :
E = H’/Hmax

Hmax = log2S = Diversité maximale


 Espèces ont la même abondance

L’équitabilité varie entre 0 et 1 :


Tend vers 0= 1 espèce dominante
Tend vers 1 = espèces équitablement représentées
E = 2,98 / log2 10 = 2,98 / 3,32 =0,897

Simpson : Is = 1 / pi2
1 -> Une seule espèce présente
S(ex 8) -> Même abondance

Pour équitabilité de Simpson


Es= 1-pi2
Es = 1 – 0,1472 = 0,853
Avantages de ces indices :
Indépendants de la taille de l’échantillon
 Comparaison de différents peuplements
Varient / nombre d’espèces
Varient / Abondance relative des espèces.

IV- Géographie de la Biodiversité


1- La diversité des différents milieux
Le milieu terrestre :
11 phylums (1 exclusivement terrestre), 1 600 000 espèces : Prédominance des Arthropodes,
nombreux angiospermes.
Le milieu aquatique (eaux douces) :
15 phylums, 200 000 espèces : 50% d’insectes, 40% des espèces de poissons, nombreuses espèces
endémiques/spéciation.
Le milieu marin :
32 (35) phylums (15 exclusivement marins), 250 000 espèces : Diversité taxonomique très élevée
(familles, phylums), diversité biochimique et productivités très fortes. Diversité sous-estimée
(investigation).

a. La diversité croît des pôles vers l’équateur


Les régions tropicales sont plus riches que les pôles (/latitude) : Terrestre. La diversité augmente en
partant des pôles en se rapprochant de l’équateur.

Les forêts tropicales (7% des surfaces émergées) : > 50% des espèces végétales.
Exemples :
Arbre : 2 000 espèces en Malaisie contre 62 en Europe.
Un arbre en Amazonie : 43 espèces de fourmis. C’est plus que toutes celles de la Grande Bretagne.

Les régions tropicales sont plus riches que les pôles : Marin.
Donc aussi bien au niveau terrestre que marin (marin => malgré continuité géographique, on a un
différence importante).

Quels sont les explications de ce phénomène.

Origine de la diversité tropicale :


- Energie disponible plus grande (lumière, ressources trophiques)
- Taux de spéciation plus élevé car ancienneté des peuplements
- Plus grande hétérogénéité spatiale (plus de riches écologiques) : plus d’espèces susceptibles
de les occupées.
- Plus grande continuité spatiale des biomes
- Climat plus stable (prévisible) (peu de variations. Température constante et « acceptable ».
b. La diversité diminue avec l’altitude et la profondeur
Terrestre :
-Répartition altitudinale des biomes = variation
latitudinale (climat) -> Plus on monte en altitude
plus on a une perte de la diversité. Idem pour la
latitude.
-Diminution des ressources trophique avec
l’altitude
-Diminution de la stabilité du climat
 Diminution de la diversité biologique

Marin :
-Production primaire limitée à la couche euphotique
-Diminution des ressources trophique avec la profondeur
-Apports allochtones pour 95% des océans (95% n’ont pas de production primaire. Moins à manger
donc moins de diversité spécifique).
 Diminution de la diversité biologique

c. La diversité augmente avec la complexité de l’habitat

1er temps : Complexité du milieu augmente  augmentation de la richesse spécifique.


Individualisation de plus de niches écologiques, complexité de l’habitat (axe spatial).
2ème temps : Complexité du milieu augmente  Richesse spécifique qui se stabilise.
Nombre d’espèces capables de coexister dans un même
biotope avec un chevauchement tolérable des niches
écologiques.

Richesse spécifique (oiseaux) / complexité de l’habitat

d. La diversité terrestre est supérieure à la diversité marine

Domaine terrestre
1 600 000 espèces (22 phylums)
Les insectes (>1 000 000 espèces)
Angiospermes (>240 000 espèces)

Domaine marin
250 000 espèces (35 phylum)
Pas d’insecte (ou très peu/médiolittoral)
Peu d’angiospermes (60 espèces)

Origine de cette différence


Variabilité des facteurs abiotiques (augmente terrestre)
Diversification de l’habitat (augmente en terrestre)
Donc dans les 2 cas plus de niches écologiques pour le milieu terrestre
e. La diversité croît en direction du littoral (terrestre/marin)
Mosaïque d’habitats diversifiés (cf.3)
Nombreuses niches écologiques (cf.3)
Ressources trophiques importantes (cf.2)
Altitude réduite (cf.2)
Tous ces facteurs conduisent à une diversité élevée dans le milieu littoral, un milieu très riche (nombre
d’espèces très importants). La zone la plus riche en termes d’espèces.
 Diversité élevée

Les prochains points sont liés à des spécificités écologiques

f. La diversité diminue avec l’insularité


Cours « Peuplements insulaires »
Plus d’espèces sur les continents que sur les îles.

g. La diversité augmente avec la taille de l’île


Cours « Peuplement insulaires »
 Superficie habitable
 Habitats disponibles

h. La diversité augmente avec la proximité du


continent
Cours « Peuplement insulaires »
 Migration d’individus
 Dissémination de propagules

i. La diversité diminue avec l’anthropisation


Origines du phénomène :
 Dégradation de l’habitat
 Modification des conditions abiotiques
 Introduction de substances toxiques
 Uniformisation du biotope
 Sélection d’espèces résistantes au dépend des espèces indigènes
C’est ce qu’on appelle l’érosion de la biodiversité.

j. Les « hotspots » de la diversité


Régions caractérisées par une diversité spécifique importante.
2 éléments : la richesse spécifique et une menace précise liée à l’impact de l’homme.

10 puis 25 hotspots identifiés


Identification de zones prioritaires à conserver pour leur biodiversité :
Présence de 1500 espèces de plantes endémiques
Perte de 70% de végétation primaire (habitat d’origine)

Objectifs :
Préserver les espèces et les territoires les plus menacés,
Diminuer l’action de l’homme sur ces territoires
Créer un outil de communication (prise de conscience)
Trouver des financements
 34 hotspots identifiés aujourd’hui (conservation international)
Beaucoup d’iles dans ces hotspots : on a dit moins d’espèces mais plus d’espèces endémiques

34 hotspots
2,3% de la surface terrestre (et hotspots que sur terrestre).
- 42% des espèces de mammifères, oiseaux et amphibiens endémiques
- 50% des plantes endémiques
 Intérêt de les préserver

Exemple :
- Bassin méditerranéen ; Macaronésie
Un des plus grands hotspots (2millions de Km2)
- Madagascar : un « hot spot » de référence
Un endémisme exceptionnel :
400 km du continent africain
Isolé depuis 200 millions d’années
Impact de l’homme : extinction de nombreuses espèces (hippopotame pygmée ; 2 tortues géantes, 6
genres de lémuriens.

Processus d’extinction
- La disparition des espèces est un phénomène naturel à l’échelle des temps géologiques.
- Mais depuis l’extension de la population humaine, ce phénomène tend à s’accélérer.
- Le taux d’extinction naturelle peut être évalué à partir des fossiles ; ces recherches concernent
essentiellement les végétaux et les animaux présents au cours des 600 derniers millions
d’années.

Durée de vie moyenne des espèces = 5 à 10 M d’années


Espèces actuelles  1 à 4% de toutes les espèces

VI- La valeur de la Biodiversité


a) Un peu d’histoire
A l’époque, eau stagnante, etc pas important, répugnant.
Les Everglades correspondent à un repaire pour la vermine nocive, ou une station de reptiles.
Mentalités changes. Grande richesse de biodiversité

b) Exemples
Le prix d’un mérou : 500 plongeurs le voient en moyenne chaque année. Prix moyen d’une plongée
était de 15 euro en 96. Le prix a augmenté.

Valeur pharmacologique : 500 espèces de cônes dans le monde. Si on perd cette diversité biologique
et donc ces toxines on perd des ressources en termes de pharmacologie.

L’agriculture :
Une colonie d’abeilles assure une production agricole annuelle d’une valeur de 1050$ en fruits et
légumes fécondés et 215$ issus des produits directs de l’apiculture.
A l’échelle mondiale, la valeur économique totale de la pollinisation par les insectes est estimée à 153
milliards d’euros, soit 9,5% du rendement agricole mondial en 2005.

Diminution de 30% des populations d’abeilles


- Pesticides
- Espèces introduites (frelon d’Asie)
Film : plus d’abeille. Pour que récolte possible, des pollinisateurs humains.

La biodiversité peut être une source de rentabilité. La valeur de la biodiversité, c’est une notion
nouvelle récente qui est toujours au stade de recherche.

Valeur d’usage direct : Espèce de poisson exploitée.


Valeur d’usage indirect : Le rôle que joue une espèce dans l’alimentation d’une espèce exploitée,
le rôle pour édifier un habitat favorable à sa reproduction, les services qu’elle rend (régulation du
climat, épuration des eaux , cycles des nutriments, contrôle d’espèces nuisibles à l’aquaculture).
Valeur d’option : Le prix que le public consentirait à payer pour continuer à voir cette espèce.
Valeur d’existence : Le prix que le public consentirait à payer pour savoir que cette espèce existe,
même s’il n’en bénéficie par personnellement.
Valeur éthique : respect de la vie, respect des générations futures.

Valeur du Mérou ; il vaut 1000 fois plus cher vivant que pêché
Valeur pharmacologique (cônes qui produisent des toxines destinées à immobiliser leurs proies)
Valeur de l’agriculture (colonie d’abeilles assure une production agricole annuelle d’une valeur de
1050$ en fruits). Le problème : Diminution de 30% des populations d’abeilles à cause des pesticides
ou des espèces introduites.
La séquestration du Carbone par les puits de carbone (exemple posidonie) : rapporterait beaucoup
d’argent.

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