La biodiversité et les écosystèmes à travers le temps et l’espace
|La biodiversité et les écosystèmes à travers le temps et l’espace
Leçon inaugurale prononcée au Collège de France le jeudi 4 février 2021
Note de l’éditeur
La chaire annuelle Biodiversité et écosystèmes bénéficie du soutien de la fondation Jean-François et Marie-Laure de Clermont-Tonnerre.
Texte intégral
1Je voudrais tout d’abord remercier l’administrateur et la professeure Edith Heard, qui – au nom des biologistes – a présenté le projet d’une chaire annuelle Biodiversité et écosystèmes à l’Assemblée des professeurs, puis ma candidature à cette première chaire, mais aussi la fondation Jean-François et Marie-Laure de Clermont-Tonnerre, qui a apporté son soutien financier généreux, ainsi que ma famille, bien sûr, mes amis et mes collègues.
2Cette chaire est la dernière en date d’une longue tradition d’étude de la biodiversité et des écosystèmes au Collège de France. Tout a commencé avec l’inauguration d’une chaire d’histoire naturelle en 1774, puis s’est poursuivi grâce à de nombreux scientifiques de renom, dont Louis Jean-Marie Daubenton (premier directeur du Muséum national d’histoire naturelle), de 1778 à 1800, et Georges Cuvier, de 1800 à 1832, pour ne citer que les plus anciens. Plus récemment, la chaire annuelle Développement durable a été brillamment occupée par Gilles Boeuf pour l’année académique 2013-2014.
3Le thème de cette leçon inaugurale est la biodiversité et les écosystèmes à travers le temps et l’espace. J’évoquerai tout d’abord les variations de la biodiversité dans l’espace, sur terre et dans l’océan : celles-ci seront illustrées par des exemples issus de recherches menées dans le cadre du projet Tara Oceans, auxquelles je participe activement. J’exposerai ensuite les variations de la biodiversité au fil du temps. Cela n’a pas été un long fleuve tranquille. Enfin, je m’intéresserai aux liens entre la vie et le climat de notre planète. Il sera question de l’ampleur et des causes de la crise actuelle de la biodiversité, ainsi que des méthodes mises en œuvre par les scientifiques pour tenter de prédire son évolution future.
Les variations de la biodiversité dans l’espace
4Imaginons qu’un explorateur extraterrestre se pose sur la Terre. Que serait-il curieux de savoir en premier lieu ? Il se demanderait, je pense, qui sont les habitants de cette planète, en nombre et en variété. Parce que les attributs physiques de la Terre découlent de lois universelles et déterministes, ce visiteur, après avoir sans doute beaucoup voyagé, aurait probablement vu d’innombrables mondes similaires ailleurs dans l’Univers. Néanmoins, la puissance des forces évolutives et les contingences qui ont façonné la riche variété de la vie sur Terre lui paraîtraient vraisemblablement uniques.
- 1 Robert M. May, « How many species inhabit the Earth? », Scientific American, vol. 267, no 4, 1992, (...)
5Ce préambule, envisagé pour la première fois en 1992 dans la revue Scientific American1 par Robert May, illustre écologue britannique décédé récemment, souligne l’importance cruciale de connaître le monde qui nous entoure. Étonnamment, nous ne savons pas répondre, même approximativement, à l’interrogation de cet extraterrestre virtuel. Après environ trois cents ans de recherches systématiques, les estimations du nombre total d’espèces végétales, animales et autres vivant sur Terre varient considérablement, de trois millions à trente millions ou plus. En outre, étant donné qu’il n’existe pas de registres centralisés sur cette question, nul ne sait combien d’espèces ont déjà été nommées et enregistrées.
6Malgré cette méconnaissance, les premières inquiétudes concernant la destruction des écosystèmes naturels par l’homme ont émergé dès le xviiie siècle. Plus tard, la prise de conscience de la menace que cette destruction faisait peser sur la biodiversité a conduit à l’organisation de la première conférence internationale sur l’environnement, en 1900.
7De fait, l’état actuel de la biodiversité est particulièrement alarmant compte tenu de la rapidité à laquelle les habitats naturels sont détruits et des conséquences de cette destruction sur le monde vivant – qu’il s’agisse des espèces avec lesquelles nous partageons cette planète comme de nous-mêmes. La connaissance du nombre total d’espèces vivantes et de leur répartition dans les écosystèmes est donc fondamentale. Rappelons qu’un écosystème est un ensemble formé par une communauté d’êtres vivants en interrelation avec leur environnement. Les composants d’un écosystème construisent un dense réseau de dépendances, d’échanges d’énergie, d’information et de matière permettant le maintien et le développement de ces formes de vie. Seule la connaissance de la biodiversité restante, dans chaque écosystème, nous permettra d’élaborer un programme rationnel visant à la conserver, autant que faire se peut.
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8Commençons par la biodiversité dans les milieux terrestres.
9Le Paradis terrestre, peint par Jan Brueghel l’Ancien en 1607, se concentre sur les espèces les plus utiles ou les plus attrayantes pour l’homme ; les oiseaux et les mammifères y sont donc surreprésentés. Ce préjugé historique se retrouve aujourd’hui dans le déséquilibre suivant : alors que les recensements modernes des espèces d’oiseaux et de mammifères sont presque complets, la diversité totale des plantes, des insectes, des champignons, des vers et des protistes, entre autres, reste méconnue, tout comme celle des bactéries et des virus.
10D’où est née la volonté de classer le monde vivant qui nous entoure ? Les premiers efforts pour considérer le monde organique comme un système ordonné remontent au moins à Aristote, au ive siècle avant notre ère. Mais c’est au xviiie siècle que le grand spécialiste des sciences naturelles Carl von Linné, à Uppsala, en Suède, entreprend de répertorier, nommer et surtout classer systématiquement les espèces. Il crée ainsi une nouvelle discipline, la systématique, cette branche des sciences naturelles qui vise à décrire la diversité des organismes vivants et à les regrouper en entités nommées « taxons ». La dixième édition de son livre Systema Naturae, publiée en 1758, recense quelque neuf mille espèces de plantes et d’animaux.
- 2 Helen A. Curry, Nicholas Jardine, James A. Secord et al., Worlds of Natural History, Cambridge, Cam (...)
11Quel était alors l’intérêt de classer la nature ? Une première motivation relevait du penchant spontané de l’humain pour classer les systèmes. Un deuxième objectif tenait à l’utilisation possible de la nature comme réservoir pharmacologique où puiser, le cas échéant, différents traitements contre les maladies humaines. Cette quête a d’ailleurs conduit à la création du Jardin du Roi par Louis XIII, devenu ensuite le Jardin des plantes pendant la Révolution française. Toutefois, le plus grand moteur de cette détermination à classer la nature a sans nul doute été la volonté de tirer profit des espèces vivantes, de les « commercialiser », si l’on peut dire2.
12Que savons-nous de la biodiversité sur Terre ? Notre connaissance des macro-organismes est bien meilleure que celle des micro-organismes. Les premiers, visibles à l’œil nu, affichent plus de signes distinctifs et sont plus faciles à dénombrer. Notre connaissance de la biodiversité des milieux terrestres, par ailleurs, est supérieure à celle des milieux océaniques.
13Intéressons-nous tout d’abord à la biodiversité des milieux terrestres. Sur terre, le groupe d’organismes le plus diversifié est sans conteste celui des insectes, qui compte au moins neuf cent mille espèces. Les mammifères, par comparaison, forment un tout petit groupe, avec seulement environ six mille cinq cents espèces répertoriées. Cependant, si nous considérons la biodiversité en termes de biomasse, le résultat est radicalement différent. Les plantes dominent alors très largement, tandis que les animaux sont relégués derrière les « humbles » protistes, ces êtres unicellulaires munis d’un noyau.
14Au terme de plusieurs siècles de travaux visant à établir des schémas de classification de la biodiversité dans les écosystèmes terrestres, nous disposons aujourd’hui de plusieurs mesures ; nous nous trouvons dans une position similaire à celle d’Isaac Newton qui, après des siècles d’observations astronomiques détaillées, était parvenu à une compréhension analytique et prédictive des lois de la gravité. Outre le nombre et la biomasse des diverses espèces recensées, nous pouvons également évaluer le nombre d’individus au sein de chaque espèce et leurs abondances relatives. Cela nous permet, notamment, de rechercher d’éventuelles lois universelles dans les courbes d’abondance des différentes espèces. Plutôt que colliger la biodiversité à la façon des collectionneurs de timbres, il est par ailleurs instructif d’examiner la fonction de chacune des espèces, ou des groupes d’espèces, au sein d’un écosystème donné. Par exemple, qui sont les producteurs primaires, c’est-à-dire les organismes qui génèrent de la matière organique à partir du CO2, de l’eau et de la lumière du soleil grâce à la photosynthèse ? Qui sont les herbivores, les carnivores, etc. ? Nous pouvons d’autre part analyser les schémas de répartition géographique des espèces pour s’interroger sur l’éventualité d’en extraire des principes généraux. Et surtout, à partir de l’observation d’un seul écosystème, il est possible de faire des extrapolations et des modélisations pour voir dans quelle mesure nous pourrions en tirer des lois universelles, générer des modèles et prédire des changements futurs.
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15Trois exemples de motifs de répartition des espèces dans différents milieux naturels illustreront mes propos.
- 3 Alexander von Humboldt, Ansichten der Natur mit wissenschaftlichen Erläuterungen [1808], Francfort- (...)
- 4 Dolph Schluter et Matthew W. Pennell, « Speciation gradients and the distribution of biodiversity » (...)
16Le premier porte sur la biogéographie et l’une des plus anciennes observations d’un naturaliste et géographe qui a beaucoup voyagé, à la fin du xviiie siècle et au début du xixe siècle : il s’agit de l’Allemand Alexander von Humboldt, l’un des plus grands savants de son temps, qui passera deux décennies à Paris et qui deviendra membre associé de l’Académie des sciences française et président de la Société de géographie de Paris. Pour la petite histoire, cet homme d’exception sera soupçonné par la police française – et par Napoléon – d’être un espion à la solde de l’Allemagne ! Voici plus de deux siècles, Humboldt a recherché des motifs de répartition des espèces dans la nature et a fait l’observation suivante : « Plus nous nous approchons des tropiques, plus la variété des structures, la grâce des formes et le mélange des couleurs augmentent, ainsi que la jeunesse perpétuelle et la vigueur de la vie organique3. » On peut regretter que les articles scientifiques utilisent de nos jours un langage moins littéraire ! Humboldt a également constaté la même perte de biodiversité à mesure qu’il gravissait une montagne (ou un volcan). Il a cependant nuancé cette observation. Ainsi, le degré de cette perte de biodiversité varie selon la latitude à laquelle se trouve la montagne. Ce constat correspond à ce que nous nommons désormais le « gradient de biodiversité latitudinal ». Autrement dit, en termes moins littéraires, la diversité des espèces augmente des pôles à l’équateur, et elle est maximale dans les tropiques4. Il s’agit d’une caractéristique universelle dans les milieux terrestres, valable pour les animaux, les plantes et peut-être même les microbes dans le sol.
- 5 Michael Begon et Colin R. Townsend, Ecology. From Individuals to Ecosystems, Hoboken, Wiley, 2021 [ (...)
17Le deuxième exemple concerne les « points chauds » (ou hotspots) de biodiversité, ces zones critiques, terrestres ou marines, possédant une grande richesse de biodiversité, et souvent particulièrement menacées par l’activité humaine. Contrairement aux gradients latitudinaux, l’existence de ces points chauds résulte de facteurs locaux qui favorisent la diversification des espèces : les îles, entre autres, sont des écosystèmes propices aux points chauds, mais ce ne sont pas les seuls5.
- 6 Andrew Gonzalez, Rachel M. Germain, Diane S. Srivastava et al., « Scaling-up biodiversity-ecosystem (...)
18Le troisième exemple touche à la relation entre la biodiversité et la fonction des écosystèmes. Dans ce contexte, la productivité d’un écosystème est relative à la biomasse, essentiellement issue de la photosynthèse ; la photosynthèse étant le processus qui génère la biomasse en convertissant l’énergie lumineuse en énergie chimique. La relation entre cette productivité et la biodiversité est un sujet évidemment crucial. L’idée qu’une plus grande diversité végétale permette une plus grande production de biomasse végétale remonte à Charles Darwin. En réalité, les choses sont beaucoup plus complexes. Cette question fait l’objet du nouveau domaine de recherche sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. Selon Michel Loreau, directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS), et d’autres chercheurs, la biodiversité a un rôle transformateur très large et profond dans l’écologie6.
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- 7 David A. Caron, Peter D. Countway, Adriane C. Jones et al., « Marine protistan diversity », Annual (...)
19Tous ces exemples concernaient la biodiversité dans des milieux terrestres et découlent principalement d’observations menées sur les macro-organismes. Qu’en est-il des milieux marins ? Plus de 90 % de toutes les classes d’organismes vivent dans les océans et les deux tiers des embranchements – ou phyla – colonisent exclusivement les milieux marins7. Par conséquent, ceux-ci sont bien plus diversifiés que les milieux terrestres en termes d’organisation corporelle des êtres vivants. Par ailleurs, sachant que la vie est presque certainement née dans l’océan, nous pourrions en apprendre davantage sur l’évolution de la vie – y compris dans les milieux terrestres – en étudiant ces organismes marins plutôt que les organismes terrestres, qui en dérivent. Nos connaissances sur les espèces marines restent cependant très parcellaires puisque les milieux océaniques sont difficiles d’accès et que la plupart des organismes qui y vivent sont microscopiques.
- 8 Éric Karsenti, Silvia G. Acinas, Peer Bork et al., « A holistic approach to marine eco-systems biol (...)
20Le souhait d’en savoir davantage sur la biodiversité dans l’océan est l’une des motivations qui a conduit Éric Karsenti, grand spécialiste de biologie cellulaire et marin passionné, à lancer le programme Tara Oceans avec une équipe de scientifiques internationaux dont je fais partie. Ce programme œuvre en partenariat avec le Génoscope, hébergé au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), qui a assuré le séquençage de l’ADN à très grande échelle, et le Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL), en Allemagne, qui a mis au point des protocoles d’imagerie microscopique à haut débit8. Grâce à l’engagement de la fondation Tara Océan, et notamment au soutien d’agnès b., d’Étienne Bourgois et de Romain Troublé, nous avons pu explorer la vie du plancton à travers les océans durant quatre ans. Entre 2009 et 2013, Tara Oceans a réalisé un échantillonnage de la vie microscopique en prélevant des centaines de sites océaniques partout dans le monde, à différentes profondeurs. L’étude a été menée en respectant des protocoles d’échantillonnage et d’analyse très standardisés.
- 9 Joel Shurkin, « Science and culture: Using fiction to make the case for basic research », Proceedin (...)
21Pourquoi étudier ce monde microscopique ? Le romancier et biochimiste Isaac Asimov, connu pour ses ouvrages de science-fiction comme pour ses écrits de vulgarisation scientifique, a su en anticiper les enjeux : « Tout ce qui concerne la vie microscopique est palpitant. Comment des êtres aussi minuscules peuvent-ils jouer un rôle aussi crucial9 ? » Nous avons très peu de connaissances sur ce monde. Son étude nous aidera donc certainement à comprendre la biodiversité et l’évolution de la vie terrestre, mais aussi comment ces minuscules organismes marins jouent un rôle capital pour la santé de notre planète.
22Malgré sa petite taille, le plancton représente les deux tiers de la biomasse de l’océan. Il peut être considéré comme son système de survie, exactement comme le microbiote humain participe à notre état de santé. Le plancton tire son nom du grec planktos, qui signifie « errant » ou « vagabond ». Ces organismes, en effet, voguent et dérivent en suspension dans l’eau, au gré des marées et des courants marins. Leur importance tient à plusieurs aspects : tout d’abord, ils sont à la base de pratiquement toutes les chaînes alimentaires océaniques ; ensuite, le phytoplancton, qui réalise la photosynthèse, élimine le CO2 de l’atmosphère et produit de l’oxygène ; enfin, grâce à ce phénomène et à d’autres processus, le plancton peut interagir avec le climat.
23Depuis l’expédition, Tara Oceans a publié plus de cent trente articles scientifiques, dont un grand nombre dans des revues de premier plan. Ce travail a permis de décrire les différentes communautés de plancton, qui regroupent à la fois des eucaryotes (cellules à noyau), tels le zooplancton et le phytoplancton – faisant de la photosynthèse –, des procaryotes (des bactéries et des archées) et des virus.
- 10 Peer Bork, Chris Bowler, Colomban de Vargas et al., « Tara Oceans studies plankton at planetary sca (...)
24Dans un numéro spécial de la revue Science consacré à Tara Oceans, datant de 201510, nous avons décrit quarante millions de gènes de procaryotes marins provenant d’environ trente-cinq mille taxons, la plupart étant jusqu’ici inconnus. Nous avons également mis en évidence environ cent trente mille eucaryotes marins, principalement unicellulaires, dont la grande majorité était inédite. Enfin, nous avons décrit environ cinq mille types de virus différents, dont seulement trente-neuf étaient déjà connus. Les articles publiés récemment ont revu ces chiffres à la hausse.
- 11 Shinichi Sunagawa, Silvia G. Acinas, Peer Bork et al., « Tara Oceans: Towards global ocean ecosyste (...)
25Nous sommes allés plus loin dans ces descriptions du plancton océanique en réalisant le séquençage du génome, cellule par cellule, d’organismes abondants mais non identifiés jusqu’alors, et qui n’avaient jamais été mis en culture. Nous avons ainsi décrit cent seize millions de gènes d’eucaryotes, qui s’ajoutent aux quarante millions de gènes de procaryotes, et cent quatre-vingt-quinze mille nouveaux types de virus, qui s’ajoutent à notre nombre initial de cinq mille11.
26L’exploration des données de Tara Oceans nous a également réservé quelques surprises. En voici deux : la première concerne les groupes de plancton les plus abondants ; la seconde, les groupes de plancton les plus diversifiés.
- 12 David A. Caron, Peter D. Countway, Adriane C. Jones et al., art. cit.
- 13 Ernst Haeckel, Kunstformen der Natur, Leipzig/Vienne, Verlag des Bibliographischen Instituts, 1904.
27Au sein de ce nouveau monde de protistes marins révélé notamment par Colomban de Vargas à la Station biologique de Roscoff, Fabrice Not a découvert l’abondance inattendue de deux groupes de radiolaires, qui sont des organismes de plancton animal dotés d’un squelette siliceux, et dont les formes, fabuleuses et très variées, sont de toute beauté12. Ces deux groupes, les Collodaria et les Phaeodaria, sont connus depuis l’époque d’Ernst Haeckel, biologiste allemand du xixe siècle et du début du xxe siècle qui a inventé le terme écologie. Ce savant était également esthète, et les formes de ces organismes minuscules, qu’il a lui-même peintes ou gravées, ont inspiré le mouvement Art nouveau13. Leur abondance était cependant jusqu’ici méconnue car les méthodes d’échantillonnage des océans ont tendance à détruire leurs formes délicates. Grâce à Tara Oceans, nous avons pu les révéler à l’aide de notre technique d’imagerie in situ non invasive des organismes présents dans la colonne d’eau échantillonnée.
- 14 Olga Flegontova, Pavel Flegontov, Shruti Malviya et al., « Extreme diversity of Diplonemid eukaryot (...)
28Nous avons par ailleurs découvert que les diplonémides constituent le groupe le plus diversifié de l’océan14. Comment se caractérise-t-il ? Nous ne le savons pas vraiment ! Nous ne sommes parvenus que récemment à mettre en culture les organismes de ce groupe. Nous savons cependant que, sur le plan évolutif, ils sont proches des trypanosomes et des Leishmania, deux genres de parasites qui infectent de nombreuses espèces animales, dont l’homme. C’est pourquoi nous pouvons émettre l’hypothèse que ces diplonémides sont peut-être, eux aussi, des parasites.
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- 15 Éric Karsenti, Silvia G. Acinas, Peer Bork et al., art. cit. ; Shinichi Sunagawa, Silvia G. Acinas, (...)
29Les données mondiales de Tara Oceans forment le plus vaste ensemble d’informations génomiques provenant de tous types d’écosystèmes sur Terre15. Il nous permet désormais d’aborder certains concepts fondamentaux.
- 16 Federico M. Ibarbalz, Nicolas Henry, Manoela C. Brandão et al., « Global trends in marine plankton (...)
30Tout d’abord, interrogeons-nous sur l’organisation des communautés de plancton. Y a-t-il, par exemple, un gradient latitudinal de biodiversité dans l’océan, comme sur la terre ferme ? Nous aurions pu penser que les courants marins perturberaient divers modèles établis, de sorte qu’il n’existerait aucun ordre spatial dans les milieux océaniques. Lucie Zinger, maître de conférences à l’Institut de biologie de l’École normale supérieure (IBENS), a étudié cette question grâce au jeu de données globales de Tara Oceans, elles-mêmes issues de méthodes d’échantillonnage et d’analyse très standardisées16. Dans cette étude, réalisée pour différents groupes d’organismes procaryotes et eucaryotes, ainsi que pour des virus, nous constatons qu’il existe bien des gradients de latitude. La diversité est maximale dans les régions tropicales, et elle diminue vers les hautes latitudes, à mesure que l’on s’approche des régions polaires. En revanche, cette tendance ne se retrouve pas chez les virus, en particulier chez les bactériophages qui infectent les bactéries. Cela nous a surpris car nous aurions pu nous attendre à ce que la diversité des virus pathogènes reflète celle de leurs hôtes. Nous en ignorons les raisons, mais cela vaut la peine d’être exploré.
- 17 Ibid. ; Juan J. Pierella Karlusich, Federico M. Ibarbalz et Chris Bowler, « Phytoplankton in the Ta (...)
31Dans les différentes régions océaniques parcourues par Tara Oceans, nous avons d’autre part découvert des schémas complexes de variation de la biodiversité et de la productivité des écosystèmes, mesurée en termes de photosynthèse (ou de concentrations de chlorophylle)17. Une fois encore, nous ignorons pourquoi il en est ainsi. Des travaux supplémentaires sont nécessaires afin de savoir si les règles établies pour les écosystèmes terrestres, fondées sur des organismes macroscopiques, sont valides dans les écosystèmes océaniques, largement constitués d’organismes microscopiques.
32Cependant, nous pouvons comparer la structuration fonctionnelle des écosystèmes marins à celle observée dans les milieux terrestres. Grâce aux techniques de microscopie utilisées par Tara Oceans, Fabien Lombard, chercheur au Laboratoire d’océanographie de Villefranche-sur-Mer, a pu classer les organismes marins en différents groupes fonctionnels, ce qui a permis d’établir un lien entre leur taille et leur nombre. Nous les avons également classés en producteurs primaires (organismes photosynthétiques), en organismes brouteurs, carnivores, etc. Nous avons alors constaté que, bien que les niveaux de photosynthèse soient les mêmes dans l’océan et sur terre, la biomasse des organismes photosynthétiques est bien plus faible dans l’océan. Se dessinent des « pyramides trophiques inversées », dans lesquelles les consommateurs accumulent plus de biomasse que les organismes qu’ils consomment. Pourquoi une telle structure, fondamentalement différente de ce que nous observons sur terre ? Dans l’océan, les organismes photosynthétiques sont microscopiques, à l’inverse des plantes sur la terre ferme, et ils se reproduisent extrêmement rapidement. Toutefois, ils accumulent peu de biomasse car ils sont constamment consommés par les brouteurs. Voilà pourquoi, malgré l’importance égale de la photosynthèse dans les deux milieux, la terre est verte et l’océan est bleu.
Les variations de la biodiversité dans le temps
33Jusqu’à présent, nous avons examiné les variations des modèles de biodiversité dans l’espace. Mais qu’en est-il de leurs évolutions dans le temps ?
- 18 Helen A. Curry, Nicholas Jardine, James A. Secord et al., art. cit. ; Les Origines du monde. L’inve (...)
34La perception de notre environnement a beaucoup évolué au cours des siècles. Notre vision initiale, du moins dans les sociétés occidentales, s’inspirait du paradis harmonieux de l’Eden, détruit et reconstruit après le Déluge universel. Mais en se fondant sur l’analyse des roches issues des archives géologiques, James Hutton, Charles Lyell et d’autres géologues ont pu avoir une première idée de l’âge colossal de notre planète, dont l’existence remonterait à plus de 4,5 milliards d’années. Ils ont également constaté la disparition d’espèces jadis dominantes et l’apparition de nouvelles au fil du temps. Cette découverte a provoqué un véritable séisme conceptuel, un changement de paradigme radical18. Depuis près de deux millénaires, le monde occidental vivait en effet avec le dogme de l’immuabilité sacrée des espèces créées par Dieu.
35En 1800, le naturaliste français Jean-Baptiste Lamarck développe la théorie du transformisme. Selon lui, l’environnement peut provoquer une transformation des espèces. Cette idée est toutefois réfutée par son contemporain et collègue au Muséum national d’histoire naturelle Georges Cuvier. En lieu et place de la théorie de Lamarck, Cuvier propose que la composition des écosystèmes ne change qu’à la suite de catastrophes. Il en avait accumulé des preuves en observant, dans les archives fossiles, les changements survenus au sein de nombreuses espèces. Quelques décennies plus tard, Charles Darwin réconciliera ces idées à travers sa « théorie formelle de la sélection naturelle », ou théorie de l’évolution. Selon cette théorie, les caractéristiques morphologiques ou fonctionnelles des espèces peuvent changer sous l’effet de la sélection des caractères (ou « phénotypes ») les mieux adaptés à un environnement donné. À l’époque de Darwin, la notion de gène n’était évidemment pas connue. Nous savons néanmoins aujourd’hui que ces changements de caractères résultent de mutations survenant au hasard dans les gènes des cellules germinales (spermatozoïdes ou ovules) ou, pour les organismes dépourvus de reproduction sexuée, dans le génome des cellules parentales. Ensuite, la sélection naturelle rentre à son tour en jeu : au fil des générations, sur des temps souvent très longs, elle conduit à l’élimination progressive, dans les populations, des individus porteurs des mutations qui les rendent moins adaptés à tel ou tel milieu.
- 19 Anthony D. Barnosky, Nicholas Matzke, Susumu Tomiya et al., « Has the Earth’s sixth mass extinction (...)
36Nous pouvons désormais affirmer que la biodiversité a énormément changé au cours de l’histoire de la vie sur Terre. Depuis que la vie s’est développée, il y a environ 3,5 milliards d’années, nous estimons que quatre milliards d’espèces ont évolué (j’inclus uniquement les macro-organismes)19. L’immense majorité – 99 % d’entre elles – a aujourd’hui disparu. Le nombre d’espèces sur Terre, à un moment donné, est le résultat d’une fonction complexe entre la « naissance » passée et présente de nouvelles espèces (on parle de « spéciation ») et la « mort » des espèces existantes (leur « extinction »). Ces processus sont régis par les lois de l’écologie et de l’évolution, elles-mêmes fortement influencées par la géologie, et que nous commençons seulement à comprendre. Les taux de spéciation et d’extinction ont connu de nombreux changements qui ont entraîné de profonds bouleversements dans les formes de vie et dans la composition des communautés colonisant un écosystème.
37Notre compréhension de l’histoire de la vie sur Terre est encore très superficielle. Elle est par ailleurs biaisée par l’hétérogénéité du recensement des espèces selon les régions, les périodes et les taxons (principalement marins). Un autre obstacle tient à la difficulté d’identifier les événements de spéciation et d’extinction à partir de la seule analyse des spécimens fossilisés.
- 20 Ibid.
38Malgré ces limites, nous disposons de preuves très solides pour affirmer qu’il y a eu, par le passé, cinq événements d’extinction de masse20. Chacune de ces « cinq grandes extinctions » se définit comme une période de courte durée (moins d’un million d’années) au cours de laquelle plus de 75 % des espèces recensées dans les collections fossiles ont disparu. La dernière grande extinction, la plus connue, est survenue à la fin du Crétacé, il y a 66 millions d’années. Elle a vu disparaître six à huit espèces sur dix. Les dinosaures, par exemple, ont été anéantis lors de cette cinquième grande extinction.
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- 21 Ibid. ; Peter Brannen, The Ends of the World. Volcanic Apocalypses, Lethal Oceans, and Our Quest to (...)
39Quelles sont les causes de ces extinctions massives ? Pour faire simple, elles sont souvent associées à de violents changements dans le cycle du carbone de la planète21. À chaque fois, une rupture se produit dans la répartition du carbone entre les êtres vivants et le monde minéral, ce qui est déterminé par la capacité de certains organismes à capter le CO2 (notamment par photosynthèse) et par la quantité de ce carbone qui est piégée à l’intérieur de la Terre pendant de longues périodes – soit sous forme de calcaire, soit sous forme de combustibles fossiles. Ce carbone n’est donc plus disponible à la biologie. Pourquoi le carbone, en particulier sous forme de gaz carbonique, est-il important ? Le CO2 libéré dans l’atmosphère a un double effet nocif sur la vie terrestre : d’une part, il agit comme un gaz à effet de serre, c’est-à-dire qu’il provoque un réchauffement global quand son taux augmente ; d’autre part, une fois absorbé dans l’océan, il acidifie les milieux marins.
- 22 Idem.
40Dans certains cas, nous pouvons attribuer à des forces physiques cette bascule qui s’opère dans la répartition du carbone entre les espèces vivantes (le biologique), l’atmosphère et le sous-sol terrestre (le géologique). C’est probablement ce qui s’est produit lors des dernières extinctions de masse : l’impact d’un énorme astéroïde, une série d’éruptions volcaniques ou encore des activités tectoniques massives sont fréquemment responsables. Cependant, la vie elle-même est également en cause. Les espèces vivantes – végétales, en l’occurrence – ont vraisemblablement contribué au moins à l’une des extinctions massives : celle de la fin du Dévonien, entre − 372 et − 359 millions d’années environ22. L’évolution et l’expansion des plantes terrestres, en augmentant l’intensité de la photosynthèse, donc en captant plus de CO2, ont provoqué une réduction extrême du CO2 atmosphérique ; d’où un refroidissement planétaire. Ce même essor végétal a conduit aux immenses réserves de charbon accumulées au Dévonien et au Carbonifère – réserves que nous consommons aujourd’hui avec une telle frénésie. Il est possible que certains microbes aient également participé à certaines extinctions de masse, par exemple à la fin du Trias : les procaryotes méthanogènes (des archées) produisent du méthane, un gaz à effet de serre encore plus puissant que le CO2, ce qui a peut-être engendré un réchauffement de la planète durant cette période.
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- 23 Christiane Groeben, « The Stazione Zoologica Anton Dohrn as a place for the circulation of scientif (...)
41Le plancton a-t-il contribué à la dérégulation du climat ? Examinons l’exemple des diatomées, à la lumière des données de Tara Oceans. Les diatomées sont des protistes (des organismes unicellulaires, donc) photosynthétiques. Elles se caractérisent par des parois cellulaires en silice dont l’architecture est d’une remarquable délicatesse. Leur construction élaborée a été décortiquée, entre autres, par Jacques Livage, professeur émérite de chimie au Collège de France. Je les ai moi-même découvertes au début de ma carrière scientifique à la Stazione Zoologica de Naples, le premier institut dédié à la recherche marine, où d’illustres scientifiques ont effectué des travaux pionniers : parmi eux, Thomas Hunt Morgan, Theodor Boveri, Hans Driesch, Charles Whitman, Ida Henrietta Hyde et James Watson23.
- 24 Paul Tréguer, Chris Bowler, Brivaela Moriceau et al., « Influence of diatom diversity on the ocean (...)
42Fait remarquable et méconnu, dans l’océan, ces minuscules diatomées effectuent autant de photosynthèse que toutes les forêts tropicales humides réunies24. On les trouve principalement aux latitudes élevées, par exemple dans l’océan Austral, où les conditions sont les plus favorables à leur prolifération, en particulier au printemps. Nous disposons de nombreuses données sur les raisons de leur croissance saisonnière et sur leur répartition géographique. Nous pouvons ainsi modéliser assez fidèlement leur répartition actuelle à travers les océans, en fonction notamment des courants océaniques mondiaux et des nutriments disponibles.
- 25 Juan J. Pierella Karlusich, Éric Pelletier, Lucie Zinger et al., « A robust approach to estimate re (...)
- 26 Juan J. Pierella Karlusich, Federico M. Ibarbalz et Chris Bowler, art. cit.
43Avant de répondre à la question qui nous occupe – pouvons-nous, à partir des données de Tara Oceans, identifier un lien entre le plancton et les événements climatiques majeurs ? –, il nous faut d’abord vérifier si ces données permettent de reproduire les modèles existants de distribution mondiale des diatomées. En utilisant un marqueur universel des organismes photosynthétiques mis au point dans mon laboratoire, nous voyons que nous le pouvons25. L’abondance des diatomées est bien prédominante aux latitudes élevées. Nous constatons également que ces organismes planctoniques affichent fidèlement le gradient latitudinal de diversité26. Leur diversité est en effet plus élevée dans les régions tropicales.
- 27 Éric Lewitus, Lucie Bittner, Shruti Malviya et al., « Clade-specific diversification dynamics of ma (...)
44Par ailleurs, pouvons-nous exploiter les données sur la diversité océanique actuelle des diatomées pour explorer leur dynamique passée ? Prenons l’arbre généalogique (on parle d’« arbre phylogénétique ») de référence des diatomées, calibré dans le temps. Injectons dans cet arbre les séquences génomiques modernes issues de l’expédition Tara. Se greffent-elles sur quelques branches des diatomées qui s’avéreraient donc particulièrement riches en espèces, ou bien se greffent-elles de manière homogène sur l’arbre, révélant une diversité partagée de manière équitable entre grands groupes de diatomées ? En posant ce genre de questions, nous avons constaté que des changements majeurs dans la diversification des diatomées se sont déroulés au fil du temps. Ce travail a été réalisé avec ma collègue Hélène Morlon, experte en écologie et évolution à l’IBENS27.
45Nous avons notamment observé un taux de diversification assez constant, et ce depuis le Jurassique, période lors de laquelle les diatomées sont apparues. Un changement majeur se produit néanmoins à la fin de l’Éocène, il y a environ 40 millions d’années. Une analyse antérieure des coquilles de diatomées fossilisées, qui se conservent assez bien dans les sédiments, a révélé des tendances similaires.
46Que s’est-il passé à ce moment-là ? Cette époque est marquée par un refroidissement planétaire. Elle correspond également à l’ouverture du passage de Drake, lorsque l’Antarctique s’est séparé de l’Amérique du Sud tout en créant l’océan Austral, où nous savons que les diatomées prospèrent. L’expansion des diatomées pourrait donc bel et bien avoir contribué à ce refroidissement. En produisant plus de photosynthèse, elles auraient piégé davantage de carbone dans les océans, notamment dans les sédiments au fond des mers. Le taux de CO2 atmosphérique aurait alors chuté ; d’où le refroidissement du climat. Ce phénomène serait identique à celui qui aurait eu lieu à la fin du Dévonien : du fait de leur expansion, les plantes terrestres auraient contribué au refroidissement de la planète.
47Certes, davantage de preuves seraient nécessaires pour étayer cette hypothèse. Toutefois, ce travail sur les diatomées fournit un bel exemple de la manière dont nous pouvons utiliser les données de l’océan contemporain pour interroger l’histoire passée de la vie sur Terre et son influence sur le climat.
La crise actuelle de la biodiversité
- 28 Stephen J. Gould, Time’s Arrow, Time’s Cycle. Myth and Metaphor in the Discovery of Geological Time(...)
48Jusqu’ici, nous avons examiné la biodiversité dans l’espace et dans le temps. Nous avons mis en évidence des modèles, qui peuvent être jalonnés d’événements et de rythmes variés. Ainsi, depuis ses origines, la complexification constante de la vie est loin d’avoir été un long fleuve tranquille. Les écosystèmes ont en effet été extrêmement perturbés par des extinctions massives. Ensuite, la vie a lentement évolué vers de nouvelles façons d’occuper l’espace vide de ces écosystèmes : de nouvelles espèces sont apparues28. Deux exemples nous ont également permis de montrer que la biologie peut être responsable de changements climatiques majeurs, au même titre que les processus physico-chimiques.
49Cela m’amène à ce qui se passe aujourd’hui. Si l’histoire de notre planète devait être condensée en une période de douze heures, Homo sapiens apparaîtrait dans les deux dernières secondes ! L’époque de l’Anthropocène, qui se définit par l’incidence de l’humanité sur l’histoire de la Terre, débuterait il y a environ 1/10e de seconde.
- 29 Anthony D. Barnosky, Paul L. Koch, Robert S. Feranec et al., « Assessing the causes of late Pleisto (...)
- 30 Peter Brannen, op. cit.
50Avant l’ère industrielle, l’homme exerçait déjà un impact sur la biodiversité et sur l’environnement. Nous disposons de multiples exemples d’extinctions de la mégafaune depuis son apparition29 : c’est notamment le cas du mammouth. Depuis l’aube de l’agriculture, au Néolithique, l’homme affecte la biodiversité en transformant l’environnement. Comme l’a déclaré Peter Brannen, auteur du livre The Ends of the World, « [l]a notion de l’homme vivant en harmonie avec la nature n’est qu’un mythe… Les êtres humains n’ont jamais vécu en harmonie avec la nature30 ».
- 31 Anthony D. Barnosky, Elizabeth A. Hadly, Jordi Bascompte et al., « Approaching a state shift in Ear (...)
51Notre impact sur la planète s’est accentué au cours des cent dernières années, et en particulier après la Seconde Guerre mondiale, avec la « grande accélération » des activités humaines31. La population mondiale a explosé, ainsi que la consommation par habitant dans les pays les plus développés ; d’où un rejet massif de CO2 dans l’atmosphère. Ce rejet résulte du cumul de plusieurs activités humaines : tout d’abord, la combustion intense de combustibles fossiles, eux-mêmes issus de dizaines de millions d’années de photosynthèse par les plantes terrestres et par le phytoplancton océanique ; ensuite, la consommation massive d’engrais agricoles, entraînant la libération de quantités énormes de nitrates dans l’environnement, qui crée à son tour de nombreuses zones mortes dans l’océan ; enfin, la consommation d’eau douce et de la régression des forêts tropicales.
- 32 Anthony D. Barnosky, Nicholas Matzke, Susumu Tomiya et al., art. cit. ; Peter Brannen, op. cit.
52L’humanité est devenue une superpuissance biogéochimique qui agit comme si les ressources présentes sur la Terre étaient inépuisables. Chaque année, nous brûlons environ un million d’années de carbone produit par le plancton (en pétrole et en gaz) et de forêt (en charbon). Nous court-circuitons ainsi les cycles biogéochimiques naturels, notamment les cycles du carbone et de l’azote. Notre force est équivalente à des centaines de volcans en éruption simultanée. Au final, le taux actuel d’augmentation du CO2 atmosphérique est peut-être dix fois plus élevé qu’il ne l’était à la fin du Permien, c’est-à-dire durant la plus importante de toutes les extinctions massives, lorsque 90 % de la biodiversité a disparu32.
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53Cette grande accélération des activités humaines a également provoqué une crise de la biodiversité.
- 33 Yinon M. Bar-On, Rob Phillips et Ron Milo, « The biomass distribution on Earth », Proceedings of th (...)
54Voyons donc où nous en sommes aujourd’hui. Dans quelle mesure les activités humaines ont-elles eu un impact sur la biodiversité ? La biomasse des mammifères sauvages au cours des cent mille dernières années a été divisée par six environ33. Dans le même temps, la biomasse totale des mammifères a été multipliée par quatre environ – en raison de l’augmentation du bétail destiné à notre consommation, liée à l’accroissement de la population humaine (nous constatons cependant une tendance inverse très récente puisque, depuis deux ans, la consommation de viande est en recul dans le monde ; une tendance observée depuis une dizaine d’années dans certains pays comme la France).
- 34 Jonathan A. Foley, Ruth DeFries, Gregory P. Asner et al., « Global consequences of land use », Scie (...)
55Revenons à l’impact de l’homme sur l’environnement dans le passé. Depuis le Néolithique, la biomasse végétale a été réduite de moitié suite à la destruction des forêts et à leur conversion en terres agricoles34. Cette perte d’habitat reflète la perte de biodiversité dans le monde entier.
56Pourquoi une si grande accélération des changements de notre environnement en si peu de temps ? La réponse tient à notre évolution culturelle, qui nous permet de transmettre des informations aux générations futures beaucoup plus rapidement que la seule évolution biologique. Et, parce que nous pouvons transmettre les connaissances que nous avons acquises par des moyens non génétiques (la culture, donc), nos impacts sur l’environnement et les espèces animales et végétales sont beaucoup plus marqués.
- 35 https://www.ipbes.net (consulté le 26/07/2021).
57Contrairement aux plantes et aux diatomées, qui ont peut-être contribué aux précédents changements climatiques, nous sommes conscients des dégâts environnementaux que nous causons et de leurs potentielles conséquences sur le climat. Au siècle dernier, le mouvement environnemental s’est amplifié, évoluant d’actions ponctuelles à l’organisation de la Journée de la Terre (qui a aujourd’hui 50 ans) et d’actions mondiales dirigées par les Nations unies. Parmi elles, figure la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques35 (IPBES), fondée en 2012. Elle est généralement considérée comme l’équivalent du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec). Suite à cette prise de conscience, nous avons conçu des méthodes pour évaluer nos impacts mondiaux. Nous avons exposé et expliqué ces impacts aux parties prenantes pour faciliter les prises de décision, et nous avons accru nos connaissances scientifiques sur le fonctionnement du système terrestre.
- 36 https://ipbes.net/fr/node/35274 (consulté le 26/07/2021).
58Selon le rapport de l’IPBES de 201936, la perte de biodiversité est mondiale et grave. Le rapport souligne la destruction de la biodiversité à tous les niveaux. Il avertit que l’extinction des espèces est « sans précédent » et qu’elle « s’accélère ». Il appelle à des « changements en profondeur » pour « restaurer et protéger la nature », et pour aller au-delà des « intérêts particuliers ».
59Le rapport estime que le nombre total d’espèces animales et végétales sur Terre est de huit millions. Jusqu’à un million d’entre elles sont menacées d’extinction. Près de cinq cent mille espèces terrestres ne disposent pas d’un habitat suffisant pour leur survie à long terme. Depuis 1900, l’abondance moyenne des espèces locales dans la plupart des grands habitats terrestres a diminué d’au moins 20 % en moyenne.
- 37 https://www.iucn.org/sites/dev/files/import/downloads/iucn_a4_leaflet_french_v2015_high.pdf (consul (...)
60L’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN), une organisation non gouvernementale, a estimé le risque actuel d’extinction de différents groupes d’organismes à l’échelle mondiale. Un ensemble d’animaux, en particulier les amphibiens et les grands mammifères, est particulièrement menacé, de même qu’une série de plantes, notamment les fougères et les conifères. Depuis 1500, les extinctions sont particulièrement prononcées chez les amphibiens. L’indice de la liste rouge de l’UICN37 estime le déclin de la survie des espèces depuis 1980 et est particulièrement alarmant quant à l’état des écosystèmes des récifs coralliens.
- 38 Anthony D. Barnosky, Nicholas Matzke, Susumu Tomiya et al., art. cit.
- 39 Ibid., p. 55.
61Si ces constats semblent très inquiétants, quelle est l’ampleur réelle des taux d’extinction actuels, comparés aux cinq extinctions massives du passé ? Dans un article publié en 2011 dans l’influente revue Nature38, Anthony Barnosky et ses coauteurs ont calculé le pourcentage d’espèces éteintes et menacées par groupe d’organismes, comparé au taux d’extinction de 75 % utilisé pour définir arbitrairement les cinq événements passés d’extinction massive. Selon eux, « si toutes les espèces “menacées” disparaissaient dans les 100 ans et que leur taux de disparition se maintenait, l’extinction des animaux terrestres atteindrait l’ampleur des cinq grandes extinctions dans 240 à 540 ans39 ». La crise de la biodiversité est donc extrêmement grave. Si nous voulons éviter une catastrophe, elle doit être traitée de toute urgence. La bonne nouvelle, c’est que ces tendances ne sont probablement pas irréversibles ; la mauvaise, c’est que cette bonne nouvelle est toute relative – si l’humanité disparaissait demain, la planète pourrait se remettre rapidement.
62En tant que gardiens de la planète, nous n’avons pas le droit de laisser la perte de biodiversité se poursuivre à son rythme actuel. Il s’agit non seulement d’une obligation morale, mais aussi d’une question de bon sens socio-économique, car la biodiversité a une valeur économique.
63Voici quelques exemples d’avantages procurés par les écosystèmes à l’humanité. En premier lieu, ils nous fournissent des services culturels tels que des valeurs spirituelles et religieuses, un cadre d’éducation et d’inspiration, des possibilités de loisirs et des valeurs esthétiques. Sur le plan matériel, leur apport est inestimable à tous les niveaux : des gènes aux espèces, jusqu’aux populations et aux écosystèmes entiers. Ils nous fournissent de nombreux biens : nourriture, naturellement, mais aussi produits biochimiques et ressources génétiques pour accroître notre résilience au stress environnemental et la résistance des variétés animales et végétales, utilisées en agriculture, aux agents pathogènes. Ils nous fournissent des services de régulation, c’est-à-dire qu’ils régulent le climat et les maladies, et favorisent la prévention des catastrophes naturelles. Ils nous fournissent des services de soutien : ils produisent de la biomasse et de l’oxygène, ils assurent le cycle des nutriments et la formation des sols, et ils nous alimentent en eau propre.
- 40 Will Steffen, Katherine Richardson, Johan Rockström et al., « Planetary boundaries: Guiding human d (...)
- 41 Voir https://www.millenniumassessment.org/fr/index.html (consulté le 26/07/2021).
64La perte de biodiversité comporte, par ailleurs, des risques globaux40. D’une part, elle peut avoir des répercussions économiques atteignant plusieurs centaines de milliards de dollars, voire plus41. D’autre part, elle peut être liée à l’émergence de maladies infectieuses, ce dont nous mesurons la pertinence aujourd’hui.
- 42 Bryony A. Jones, Delia Grace, Richard Kock et al., « Zoonosis emergence linked to agricultural inte (...)
65Il convient d’expliquer brièvement le lien potentiel entre la destruction des écosystèmes, la perte de biodiversité, la dérégulation du climat et les maladies infectieuses. Le nombre de maladies contagieuses a quintuplé en quelques décennies, là encore du fait de la grande accélération des activités humaines. Quelles en sont les raisons ? Avec l’expansion agricole et la destruction des forêts, les activités humaines forcent le contact entre faune sauvage et faune domestique. Pour un agent pathogène, la biomasse des animaux d’élevage est une formidable opportunité de franchir les frontières entre espèces, et ce d’autant plus que le nombre de pathogènes partagés par les animaux domestiques et les humains, ainsi que les vecteurs qui les transmettent, est très élevé. Pour qu’une maladie émergente surgisse et se transforme en pandémie, il faut ensuite des routes commerciales très empruntées et des densités de population élevées42. Voilà le stade du processus auquel nous nous situons actuellement.
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- 43 Voir p. 776 du rapport : https://ipbes.net/fr/node/35274 (consulté le 26/07/2021).
66Quelles solutions pouvons-nous apporter à la crise de la biodiversité ? Selon le rapport de l’IPBES, « les principaux facteurs indirects qui pèsent sur la biodiversité sont la croissance démographique et la consommation par habitant43 ». Les solutions concernent tout à la fois l’économie, la société civile, la politique, l’innovation technologique et, surtout, les questions de gouvernance et de responsabilité. Le rapport souligne l’importance de la gestion intégrée et des approches intersectorielles. Les réponses à cette crise devront trouver des compromis entre la conservation de la biodiversité, la production alimentaire et énergétique, les infrastructures, la gestion de l’eau douce et des zones côtières. L’IPBES estime qu’un élément clé, pour des politiques futures plus durables, sera l’évolution des systèmes financiers et économiques mondiaux.
- 44 https://www.ecologie.gouv.fr/plan-biodiversite (consulté le 26/07/2021).
67Le Plan national français pour la biodiversité, publié en juillet 201844, a tiré des conclusions similaires.
68En bref, il faut insérer l’écologie dans l’économie. Nous devons développer des innovations vertes pour orienter le progrès technologique vers une croissance durable qui préserve les ressources naturelles et la biodiversité.
69Étant ni politicien ni économiste, je ne peux pas commenter ces dimensions-là. À l’avenir, j’espère seulement que nous apprendrons à mieux transposer les connaissances scientifiques en actions politiques que nous ne l’avons fait durant la pandémie de Covid-19.
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70Pour conclure, j’évoquerai les réponses que la science tente de donner à ces urgences sociétales. Essayons de nous projeter dans le futur. Comment la biodiversité et les écosystèmes pourraient-ils évoluer au vu du changement climatique et de la dégradation de l’environnement ? Pour essayer de répondre à cette question, je m’appuierai sur le travail que j’ai réalisé dans le cadre de Tara Oceans.
71Examinons tout d’abord l’écosystème arctique que Tara Oceans a exploré en 2013, en utilisant exactement les mêmes protocoles d’échantillonnage et d’analyse que ceux que nous avions adoptés lors de notre expédition mondiale.
72S’intéresser à ce qui se passe dans l’Arctique est crucial car cette région change plus rapidement que toute autre sur la planète. La zone a été bien étudiée, notamment par Édouard Bard, professeur au Collège de France titulaire de la chaire Évolution du climat et de l’océan. Malgré une couverture de glace stable des premiers relevés jusqu’à ceux des années 1980, il s’avère que la banquise fond extrêmement vite depuis une quarantaine d’années. Tous les modèles climatiques prévoient que la glace de mer arctique continuera à disparaître au cours des prochaines décennies. En été, le pôle Nord pourrait être libre de glace dès 2040. Cependant, si le climat de l’Arctique a été étudié avec soin, notre connaissance de son écosystème est encore très rudimentaire.
73À partir des données collectées par Tara Oceans dans le monde entier, y compris en Arctique, et de nos connaissances sur la répartition des différents groupes de plancton, nous avons généré un « interactome » qui révèle le « réseau social » de l’ensemble du plancton des océans du globe. Nous pouvons ainsi observer la répartition du plancton arctique, explorer les interactions entre les groupes de plancton et mesurer leur sensibilité à l’évolution des conditions environnementales.
- 45 Samuel Chaffron, Erwan Delage, Marco Budinich et al., « Environmental vulnerability of the global o (...)
74Nous avons été surpris de constater que le plancton collecté dans l’océan Arctique forme clairement une communauté distincte du plancton présent dans les autres océans45. Nous en déduisons que l’Arctique constitue lui-même un monde à part, abritant des organismes que l’on ne retrouve pas dans les milieux marins des latitudes inférieures.
- 46 Ibid.
75Nous avons ensuite évalué la vulnérabilité de cet écosystème à différents facteurs climatiques – par exemple, la température – en « l’attaquant » à l’aide de diverses interventions virtuelles dans nos modèles. Quels seraient alors les organismes les plus sensibles ? Comment seraient influencés leurs réseaux d’interactions ? Cette modélisation, menée par Samuel Chaffron et Damien Eveillard à l’université de Nantes, a révélé que la communauté du plancton arctique est non seulement particulièrement sensible à un environnement changeant46, mais surtout la plus sensible aux fluctuations de température.
76Ces organismes peuvent donc servir de sentinelles en nous aidant à surveiller cet écosystème et en nous avertissant de l’impact des changements futurs. L’enjeu est de comprendre comment cette région, essentielle au fonctionnement du système climatique global, réagira à un changement au fil des décennies à venir.
- 47 Federico M. Ibarbalz, Nicolas Henry, Manoela C. Brandão et al., art. cit.
77Un second exemple issu de nos travaux vise à prédire les conséquences du changement climatique et de la dégradation environnementale sur les gradients de diversité latitudinale du plancton. En entrant les données de Tara Oceans dans des modèles de diversité globale, nous avons pu extrapoler les évolutions futures de plusieurs groupes de plancton importants, comme les bactéries et les eucaryotes photosynthétiques, ou encore le zooplancton, notamment les copépodes, un groupe de minuscules crustacés47.
78Nous pouvons alors entrer dans ces modèles les projections du Giec sur l’évolution de l’océan au cours du siècle prochain. Les données du Giec qui nous intéressent le plus concernent l’évolution de la température de la surface de la mer, ainsi que celle de la productivité primaire, c’est-à-dire la production de biomasse fournie par l’ensemble des organismes photosynthétiques d’un écosystème, par unité de surface et par unité de temps. Une fois ces données intégrées à nos modèles, comment évolue la diversité du plancton ?
- 48 Ibid.
79Lucie Zinger, à l’IBENS, avec l’aide de Laurent Bopp, à l’ENS, a projeté les altérations de la biodiversité pour six groupes différents de plancton d’ici la fin du xxie siècle48. L’impact prévu est assez fort, en particulier pour trois paramètres indispensables au bon fonctionnement de l’écosystème océanique : tout d’abord, le piégeage du carbone dans l’océan – l’efficacité de la pompe à carbone biologique –, qui crée un puits dans les sédiments du fond océanique et se révèle un processus décisif pour la régulation du climat ; ensuite, la gestion de l’ampleur de l’industrie de la pêche en fonction de la latitude ; enfin, la densité actuelle des zones marines protégées et leur capacité effective à préserver la biodiversité en leur sein.
80À travers ces deux exemples issus de Tara Oceans, nous pouvons nous faire une idée des apports qu’offre la science en réponse aux impacts du changement climatique et de la dégradation de l’environnement. Nombre d’autres chercheurs ont effectué des études similaires, notamment pour les écosystèmes terrestres. La balle est maintenant dans le camp des responsables politiques, à qui il appartient de réagir. Espérons qu’ils voudront et qu’ils pourront convertir rapidement ces nouvelles connaissances en actions politiques concrètes. Toutefois, comme nous l’a cruellement montré la crise du Covid-19, de nombreuses barrières doivent tomber avant que la science et la politique ne trouvent un moyen efficace de dialoguer. En tant que scientifiques, notre responsabilité sociale nous oblige à œuvrer en ce sens.
*
81Je tiens à remercier les membres de mon fantastique laboratoire qui ont contribué de différentes manières à l’édition de ce livre. Je voudrais également remercier les scientifiques du consortium Tara Oceans, ainsi que nos tutelles institutionnelles, les bailleurs de fonds de nos recherches et les sponsors qui nous ont permis de mettre en lumière ce monde invisible dilué dans l’océan.
Notes
1 Robert M. May, « How many species inhabit the Earth? », Scientific American, vol. 267, no 4, 1992, p. 42-49.
2 Helen A. Curry, Nicholas Jardine, James A. Secord et al., Worlds of Natural History, Cambridge, Cambridge University Press, 2018.
3 Alexander von Humboldt, Ansichten der Natur mit wissenschaftlichen Erläuterungen [1808], Francfort-sur-le-Main, Eichborn, 2004. [N.D.E. : toutes les traductions sont de l’auteur.]
4 Dolph Schluter et Matthew W. Pennell, « Speciation gradients and the distribution of biodiversity », Nature, vol. 546, 2017, p. 48-55.
5 Michael Begon et Colin R. Townsend, Ecology. From Individuals to Ecosystems, Hoboken, Wiley, 2021 [5e éd.].
6 Andrew Gonzalez, Rachel M. Germain, Diane S. Srivastava et al., « Scaling-up biodiversity-ecosystem functioning research », Ecology Letters, vol. 23, no 4, 2020, p. 757-776.
7 David A. Caron, Peter D. Countway, Adriane C. Jones et al., « Marine protistan diversity », Annual Review of Marine Science, vol. 4, 2012, p. 467-493.
8 Éric Karsenti, Silvia G. Acinas, Peer Bork et al., « A holistic approach to marine eco-systems biology », PLOS Biology, vol. 9, no 10, 2011, e1001177.
9 Joel Shurkin, « Science and culture: Using fiction to make the case for basic research », Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 112, no 14, 2015, p. 4185-4186.
10 Peer Bork, Chris Bowler, Colomban de Vargas et al., « Tara Oceans studies plankton at planetary scale », Science, vol. 348, no 6237, 2015, p. 873.
11 Shinichi Sunagawa, Silvia G. Acinas, Peer Bork et al., « Tara Oceans: Towards global ocean ecosystems biology », Nature Reviews Microbiology, vol. 18, 2020, p. 428-445.
12 David A. Caron, Peter D. Countway, Adriane C. Jones et al., art. cit.
13 Ernst Haeckel, Kunstformen der Natur, Leipzig/Vienne, Verlag des Bibliographischen Instituts, 1904.
14 Olga Flegontova, Pavel Flegontov, Shruti Malviya et al., « Extreme diversity of Diplonemid eukaryotes in the ocean », Current Biology, vol. 26, no 22, 2016, p. 3060-3065 ; Ryan M.R. Gawryluk, Javier Del Campo, Noriko Okamoto et al., « Morphological identification and single-cell genomics of marine Diplonemids », Current Biology, vol. 26, no 22, 2016, p. 3053-3059.
15 Éric Karsenti, Silvia G. Acinas, Peer Bork et al., art. cit. ; Shinichi Sunagawa, Silvia G. Acinas, Peer Bork et al., art. cit.
16 Federico M. Ibarbalz, Nicolas Henry, Manoela C. Brandão et al., « Global trends in marine plankton diversity across kingdoms of life », Cell, vol. 179, no 5, 2019, p. 1084-1097.
17 Ibid. ; Juan J. Pierella Karlusich, Federico M. Ibarbalz et Chris Bowler, « Phytoplankton in the Tara Ocean », Annual Review of Marine Science, vol. 12, 2020, p. 233-265.
18 Helen A. Curry, Nicholas Jardine, James A. Secord et al., art. cit. ; Les Origines du monde. L’invention de la nature au xixᵉ siècle, Paris, Musée d’Orsay/Gallimard, 2020.
19 Anthony D. Barnosky, Nicholas Matzke, Susumu Tomiya et al., « Has the Earth’s sixth mass extinction already arrived? », Nature, vol. 471, 2011, p. 51-57.
20 Ibid.
21 Ibid. ; Peter Brannen, The Ends of the World. Volcanic Apocalypses, Lethal Oceans, and Our Quest to Understand Earth’s Past Mass Extinctions, New York, Ecco, 2017.
22 Idem.
23 Christiane Groeben, « The Stazione Zoologica Anton Dohrn as a place for the circulation of scientific ideas: Vision and management », in Kristen L. Anderson et Cecile Thiery (éd.), Information for Responsible Fisheries. Libraries as Mediators, Fort Pierce, International Association of Aquatic and Marine Science Libraries and Information Centers, 2006, p. 291-299.
24 Paul Tréguer, Chris Bowler, Brivaela Moriceau et al., « Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump », Nature Geoscience, vol. 11, 2018, p. 27-37.
25 Juan J. Pierella Karlusich, Éric Pelletier, Lucie Zinger et al., « A robust approach to estimate relative phytoplankton cell abundance from metagenomic data », bioRxiv, 2021, https://doi.org/10.1101/2021.05.28.446125.
26 Juan J. Pierella Karlusich, Federico M. Ibarbalz et Chris Bowler, art. cit.
27 Éric Lewitus, Lucie Bittner, Shruti Malviya et al., « Clade-specific diversification dynamics of marine diatoms since the Jurassic », Nature Ecology & Evolution, vol. 2, 2018, p. 1715-1723.
28 Stephen J. Gould, Time’s Arrow, Time’s Cycle. Myth and Metaphor in the Discovery of Geological Time, Cambridge (Mass.), Harvard University Press, 1988 ; Andrew H. Knoll, Life on a Young Planet. The First Three Billion Years of Evolution on Earth, Princeton, Princeton University Press, 2015.
29 Anthony D. Barnosky, Paul L. Koch, Robert S. Feranec et al., « Assessing the causes of late Pleistocene extinctions on the continents », Science, vol. 306, no 5693, 2004, p. 70-75.
30 Peter Brannen, op. cit.
31 Anthony D. Barnosky, Elizabeth A. Hadly, Jordi Bascompte et al., « Approaching a state shift in Earth’s biosphere », Nature, vol. 486, 2012, p. 52-58 ; Bruno David, À l’aube de la 6e extinction. Comment habiter la Terre, Paris, Grasset, 2021.
32 Anthony D. Barnosky, Nicholas Matzke, Susumu Tomiya et al., art. cit. ; Peter Brannen, op. cit.
33 Yinon M. Bar-On, Rob Phillips et Ron Milo, « The biomass distribution on Earth », Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 115, no 25, 2018, p. 6506-6511.
34 Jonathan A. Foley, Ruth DeFries, Gregory P. Asner et al., « Global consequences of land use », Science, vol. 309, no 5734, 2005, p. 570-574.
35 https://www.ipbes.net (consulté le 26/07/2021).
36 https://ipbes.net/fr/node/35274 (consulté le 26/07/2021).
37 https://www.iucn.org/sites/dev/files/import/downloads/iucn_a4_leaflet_french_v2015_high.pdf (consulté le 26/07/2021).
38 Anthony D. Barnosky, Nicholas Matzke, Susumu Tomiya et al., art. cit.
39 Ibid., p. 55.
40 Will Steffen, Katherine Richardson, Johan Rockström et al., « Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet », Science, vol. 347, no 6223, 2015, 1259855.
41 Voir https://www.millenniumassessment.org/fr/index.html (consulté le 26/07/2021).
42 Bryony A. Jones, Delia Grace, Richard Kock et al., « Zoonosis emergence linked to agricultural intensification and environmental change », Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 110, no 21, 2013, p. 8399-8404 ; Kate E. Jones, Nikkita G. Patel, Marc A. Levy et al., « Global trends in emerging infectious diseases », Nature, vol. 451, 2008, p. 990-993.
43 Voir p. 776 du rapport : https://ipbes.net/fr/node/35274 (consulté le 26/07/2021).
44 https://www.ecologie.gouv.fr/plan-biodiversite (consulté le 26/07/2021).
45 Samuel Chaffron, Erwan Delage, Marco Budinich et al., « Environmental vulnerability of the global ocean epipelagic plankton community interactome », Science Advances, vol. 7, no 35, 2021, eabg1921.
46 Ibid.
47 Federico M. Ibarbalz, Nicolas Henry, Manoela C. Brandão et al., art. cit.
48 Ibid.
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