Biodiversité

La biodiversité spécifique

La biodiversité spécifique (également diversité spécifique, ou diversité des espèces) représente le nombre d'espèces différentes dans une communauté, ainsi que la concentration et la propagation de ces espèces. Une plus grande diversité d'espèces aide les écosystèmes à survivre aux changements environnementaux inattendus et à être mieux équipés pour faire face à l'introduction d'une nouvelle espèce de prédateurs ou de parasites porteurs de maladies. La richesse en espèces (ou richesse spécifique) est une mesure de la diversité des espèces, mais elle n'indique que le nombre d'espèces différentes dans une zone donnée. Il faudrait également mesurer la densité et la répartition de la population de chaque espèce pour avoir une idée des relations entre les différentes espèces et du fonctionnement de l'écosystème.

L'élévation du niveau des mers, l'acidification et l'augmentation de la salinité de l'eau liés au réchauffement climatique endommagent les habitats utilisés pour la reproduction ainsi que la croissance des juvéniles, ce qui oblige ces espèces à migrer.

La crise de la biodiversité

De nombreuses menaces anthropiques et naturelles pèsent sur la biodiversité, notamment la modification des habitats, les catastrophes naturelles, les espèces envahissantes, l'apport excessif de nutriments, la pollution et le changement climatique, pour en nommer quelques unes.

La modification des habitats

Les habitats dont dépendent les espèces peuvent changer de manière soudaine ou progressive, en raison de causes naturelles ou d'impacts humains. Les changements saisonniers affectent souvent l'habitat en raison de la modification du taux de précipitation, provoquant des inondations ou des sécheresses, et la migration de proies ou d'espèces entretenant des relations mutuellement bénéfiques.

Fig. 2 - Un récif corallien partiellement blanchi.Un exemple intéressant de relation mutuellement bénéfique entre les organismes d'un écosystème est la relation symbiotique entre les polypes coralliens qui constituent l'exosquelette calcaire du récif corallien et les zooxanthelles (algues dinoflagellées) qui y sont fixées. Les zooxanthelles, qui contiennent un pigment coloré, fournissent aux polypes coralliens les nutriments essentiels à la construction de la structure du récif. Le stress thermique lié à l'augmentation de la température de l’eau lors de périodes anormalement chaudes amène les polypes coralliens à expulser les zooxanthelles, ce qui décolore le corail et fragilise son exosquelette. Ce phénomène est appelé le blanchiment du corail.

Fig. 3 - La déforestation, un enjeu mondial.

La déforestation est un autre phénomène anthropique qui menace la biodiversité. L'extraction de bois, la création de champs et de pâturages ainsi que la construction de routes et de villes nouvelles sont toutes des activités humaines qui empiètent sur les forêts du monde entier, réduisant les habitats disponibles pour d'innombrables espèces et privent l'espèce humaine de ressources potentielles qui n'ont pas encore été découvertes, y compris de nouveaux médicaments. Selon les Nations Unies, le taux mondial de déforestation était estimé à 10 millions d'hectares entre 2015 et 2020 (Source : ONU Info, 2020).

De plus, l'exploitation minière, les processus agricoles et bien d'autres activités humaines ont toutes un impact considérable sur les écosystèmes du monde entier en détruisant les habitats qui y sont associés.

Les catastrophes naturelles

Les catastrophes naturelles telles que les tremblements de terre, les ouragans, les feux de forêt, les tsunamis ou les éruptions volcaniques, ainsi que des événements liés au changement climatique, peuvent survenir dans de nombreuses régions du monde. L'événement de Tongouska de 1908, une explosion de météorite dans l'atmosphère, est la plus grande catastrophe naturelle enregistrée à ce jour. Heureusement, ayant eu lieu dans une partie du monde relativement inhabitée, celle-ci n'a causé que peu de pertes humaines. Bien que l'explosion atmosphérique de cette météorite n'ait pas créé de cratère, l'image ci-dessous illustre une des conséquences de l'impact direct d'une météorite avec la Terre.

Fig. 4 - Cratère d'impact de météorite en Arizona, États-Unis.

Les espèces envahissantes

Les espèces étrangères introduites dans une communauté peuvent avoir des effets néfastes sur les autres espèces présentes dans l'écosystème. Cela peut être lié à une concurrence supplémentaire pour la nourriture, à un nouveau prédateur ou même à l’introduction de maladies.

Fig. 5 - Le lapin européen.

Un exemple en est le lapin européen introduit en 1800 en Australie. En raison du manque de prédateurs, cette espèce a connu une explosion démographique très rapide. Ce petit mammifère étant très vorace, son introduction a causé des dégâts considérables aux cultures agricoles. De ce fait, il a été décidé de relâcher intentionnellement un virus appelé myxome pour tenter de contrôler la population. Toutefois, en raison du phénomène de résistance génétique, ceci n'a eu d'effet que de manière temporaire. Des programmes de recherche sont en cours pour tenter de trouver une solution à ce problème.

L'apport excessif de nutriments

L'utilisation accrue d'engrais par les exploitations agricoles peut réduire la biodiversité dans les champs environnants. Le ruissellement de l'azote et du phosphore peut également provoquer l'eutrophisation des rivières voisines, ce qui est néfaste pour la plupart des espèces sauvages.

L'eutrophisation est l'augmentation excessive de la teneur en nutriments dans des masses d'eau. Cette augmentation entraîne la prolifération de certaines populations de plantes aquatiques, ce qui entraîne une consommation anormalement élevée de l'oxygène dissous dans l'eau et met en danger les animaux qui en dépendent, tels que les poissons.

La pollution

L'azote atmosphérique peut également endommager les rivières et les lacs en entraînant une eutrophisation ; le soufre peut entraîner un excès d'acide dans les lacs ; l'ozone endommage les feuilles des plantes ; et les composés de métaux lourds émis par les voitures peuvent s'accumuler dans les plantes et les animaux.

Les prédateurs supérieurs sont parmi les animaux les moins vulnérables, mais ils peuvent être gravement affectés par les microplastiques ! Ils se situent au sommet de la chaîne alimentaire et reçoivent donc des microplastiques de tous les niveaux trophiques par ingestion directe et transfert trophique. Ces microplastiques peuvent potentiellement avoir un impact sur le comportement et les hormones des animaux, réduisant ainsi leur capacité de survie et augmentant le taux de mortalité des espèces.

Fig. 6 - Les conséquences de la pollution des océans par les matières plastiques.

Le changement climatique

Fig. 7 - L'ours polaire est directement menacé par la fonte de la banquise.Le changement climatique a un impact négatif sur la température et les phénomènes météorologiques. Cela peut donc potentiellement réduire la biodiversité des écosystèmes par le biais des sécheresses, des incendies de forêt, de la fonte des banquises, de diverses catastrophes naturelles, et peut même pousser certains animaux à migrer loin de leurs habitats originels à la recherche de zones plus fraîches. Depuis le siècle dernier, les glaciers et de grandes zones de banquise connaissent une fonte accélérée due au réchauffement climatique causé par l'augmentation du taux de gaz carbonique et d'autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Ce phénomène cause l'augmentation du niveau des océans ainsi que la perte d'habitat pour de nombreuses espèces endémiques à ces zones de banquise.

La biodiversité et son évolution

Il est important de maintenir la biodiversité afin que les espèces et les habitats de ces communautés puissent prospérer, car ils dépendent les uns des autres. Cependant, la biodiversité influence le monde de bien d'autres manières :

• Les écosystèmes sont bénéfiques pour l'environnement car les plantes absorbent le dioxyde de carbone de l'atmosphère.

• Les écosystèmes fournissent de l'énergie à l'espèce humaine de manière directe (fruits et légumes) et indirecte (viande). Les micro-organismes se nourrissent également des abondants déchets produits par les animaux.

• Le maintien de la biodiversité préserve également la beauté du monde qui nous entoure. Moralement, les humains devraient mieux protéger la planète sur laquelle ils vivent.

• Sur le plan économique et scientifique, les écosystèmes peuvent être bénéfiques pour le monde entier. Les plantes, les champignons et les bactéries ont été à l'origine de nombreuses découvertes, et la faune et les parcs nationaux sont des attractions touristiques dans de nombreux pays.

• La biodiversité est utile à l'agriculture, car la plupart des cultures qui poussent dans les fermes ont une très faible diversité génétique et sont sensibles aux maladies. Les cultures sauvages environnantes apportent une diversité génétique grâce à des allèles résistants aux maladies qui sont partagés lors de croisements.

En raison des menaces qui pèsent sur la biodiversité et qui ont été évoquées précédemment, la biodiversité diminue dans les communautés du monde entier. L'espèce humaine peut contribuer à remédier à cette situation de différentes manières :

• La captivité - certaines espèces sont tellement menacées et leur nombre est si faible que la seule façon de les sauver est de les élever en captivité jusqu'à ce que la cohorte soit suffisamment forte pour être relâchée dans la nature. Les jardins botaniques sont l'équivalent végétal des zoos car ils conservent des plantes en captivité et sont d'une valeur inestimable pour la recherche scientifique.

• Les zones protégées - les parcs nationaux et les sites marins sont protégés de l'intervention humaine par la loi. Les aires marines protégées (AMP) sont des zones en mer établies de manière à protéger des habitats et des écosystèmes importants.

• Réduire la propagation d'espèces envahissantes - les espèces envahissantes peuvent être introduites dans une zone où elles n'ont pas leur place par des véhicules comme les avions et les bateaux. Ces espèces peuvent alors faire concurrence et parfois même s'attaquer à d'autres espèces.

• Adopter un mode de vie durable - nous pouvons contribuer à lutter contre le changement climatique en adoptant un mode de vie plus durable, en réduisant la conduite automobile et en améliorant l'efficacité énergétique de nos habitations. En réduisant notre empreinte carbone, nous contribuons également à limiter le réchauffement de la planète.

La recherche sur la biodiversité

Mesure de diversité

Fig. 8 - Une molécule d'ADN.

L'ADN de diverses espèces peut être extrait, puis analysé par ordinateur pour déterminer la séquence précise des nucléotides.

Étude de la diversité de l'ADN et de l'ARN

L'extraction de l'ADN est facilitée par le fait que chaque nucléotide est marqué par une bande de couleur fluorescente différente - l'adénine est verte, la thymine est rouge, la cytosine est bleue et la guanine est jaune. Nous pouvons ensuite comparer les séquences génétiques de différents animaux et voir à quel point ils sont proches les uns des autres. En effet :

• des ensembles similaires de séquences génétiques nous indiquent que les animaux sont étroitement liés ;

• un pourcentage plus élevé de similarité entre les séquences d'ADN correspond à une relation plus étroite entre les organismes ;

• les animaux ayant les mêmes ancêtres évolutifs ont partagé la même séquence génétique, mais les mutations au fil du temps ont modifié cette séquence petit à petit ;

• deux organismes ayant des séquences génétiques similaires ont dû évoluer assez récemment pour former de nouvelles espèces ;

• l'analyse de l'ADN est donc extrêmement utile pour découvrir l'histoire de l'évolution des organismes et les relations qui existent entre eux ;

• l'étude de l'ADN mitochondrial est très bénéfique pour les scientifiques, car les croisements sont minimes dans l'ADN Mt, de sorte que les schémas évolutifs sont beaucoup plus clairs ;

• l'ARN mitochondrial est souvent utilisé dans l'analyse de l'ADN car il est très facile à extraire et peut être utilisé pour produire un brin d'ADN complémentaire (ADNc), identique au brin matrice original de l'ADN. Cet ADNc peut ensuite être utilisé pour produire un autre brin complémentaire identique au brin codant de l'ADN d'origine.

Le rôle des caractéristiques observables sur la diversité

La méthode originelle de comparaison des espèces consiste à observer leurs caractéristiques. Cette méthode n'est pas très fiable car les différences génétiques ne peuvent être que supposées à l'aide de cette technique, car nous savons maintenant que les animaux présentent des caractéristiques spécifiques grâce à plusieurs gènes et allèles différents de ces gènes. Même l'environnement dans lequel ils vivent peut avoir un impact sur ces caractéristiques au fil du temps. Le principal problème est que de nombreuses espèces présentent des caractéristiques similaires, de sorte que des recherches supplémentaires doivent être menées pour les différencier.

Voici quelques exemples de ces caractéristiques :

• nombre et type de membres ;

• nombre de pétales, de feuilles, de graines et de branches ;

• fourrure/peaux/ailes/antennes ;

• motifs sur le corps/tige/pétales/feuilles ;

• couleur ;

• l'habitat dans lequel ils résident ;

• modèles d'émigration ;

• les habitudes alimentaires.

Étude de la séquence des acides aminés

L'analyse des séquences d'acides aminés d'une même protéine chez différents animaux peut nous montrer à quel point ils sont proches. Ces différences de séquence d'acides aminés font que la protéine fonctionne différemment, ce qui peut être vital pour la survie de l'espèce.

Les mutations peuvent conduire à une meilleure adaptation de l'espèce à son environnement (survie du plus apte). Et plus deux séquences d'acides aminés entre deux animaux sont similaires, plus ils sont proches.

Les résultats obtenus à partir de l'extraction d'acides aminés sont beaucoup plus utiles que ceux de l'extraction d'ADN, car il existe 20 acides aminés différents contre seulement quatre bases différentes, et les sections non codantes de l'ADN peuvent donner des résultats insignifiants.

Enquête quantitative utilisée pour le calcul de la biodiversité

L'investigation quantitative permet de recueillir et d'analyser des données numériques, présentées sous forme de graphiques et de tableaux, puis observées ou soumises à divers tests statistiques afin de tester des relations, de formuler des hypothèses et de faire des prédictions pour des populations plus importantes.

Hypothèses

Il existe trois types d'hypothèses : nulle, unilatérale (une queue) et bilatérale (deux queues).

✔ L'hypothèse nulle prédit qu'il n'y aura pas de différence entre les populations spécifiques. Toute différence est due à une erreur expérimentale ou d'échantillonnage.

✔ Une hypothèse unilatérale prédit que les résultats vont dans une seule direction, le résultat est soit plus grand, soit plus petit.

✔ Une hypothèse bilatérale prédit qu'il y aura un effet d'une variable ; cependant, elle ne précise pas si l'effet est, par exemple, supérieur ou inférieur.

Le test du chi carré de Pearson est utilisé pour déduire une différence significative entre les valeurs attendues et les valeurs observées d'un ensemble de données catégorielles.

Types de recherche quantitative

• La recherche corrélationnelle consiste à comparer les variables que tu étudies afin de discerner toute relation entre elles.

• La recherche descriptive produit un résumé global des variables étudiées plutôt qu'une analyse approfondie.

• Dans la recherche expérimentale, les hypothèses et les relations de cause à effet entre les variables sont testées systématiquement.

• La recherche causale-comparative est utilisée pour voir si une relation de cause à effet existe entre deux variables.

Recherche qualitative

La recherche qualitative concerne les données non numériques, telles que les entretiens, les documents et les observations. Les résultats de la recherche qualitative sont utilisés pour mieux comprendre les opinions, les relations, les comportements et les états psychologiques des gens.