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Biodiversité : la terre plus riche que la mer

Pourquoi y a-t-il beaucoup plus d’espèces terrestres que d’espèces marines ? Pour répondre à cette question simple en apparence, les scientifiques doivent se contenter de formuler des hypothèses.

Il y a 500 millions d’années, après que l’explosion cambrienne eut créé une quan­tité impressionnante de nouvelles espèces, il n’y avait toujours pas de vie sur la terre ferme. Pas de vie complexe en tout cas. Pas de plantes, pas d’animaux, rien de comparable à la grande diver­sité de la vie dans les océans, qui grouillaient de trilobites, de crustacés, de vers velus et de mollusques dans le genre du calmar. La plupart des grands groupes d’espèces animales qui existent aujourd’hui ont pris naissance dans la mer à cette époque.

C’est à présent le milieu terrestre qui compte un nombre étourdissant d’espèces. En particulier des plantes à fleurs, des champignons et des insectes, tant de satanés insectes. Selon une estimation, on recense aujourd’hui cinq fois plus d’espèces terrestres que d’espèces marines. Mais comment se fait-il que la biodiversité des mers et les océans – qui avaient une longueur d’avance et représentent la majeure partie de la surface de la planète – ait été reléguée si loin derrière celle de la terre ? La question intrigue depuis longtemps les biologistes. ­Robert May, écologue à l’université d’Oxford, est le premier à avoir couché cette énigme par écrit dans un article de 1994 intitulé « Biodiversité : différences entre terre et mer » 1.

Vingt-cinq ans plus tard, la question reste entière, alors même que nous avons pro­gressé dans l’exploration des grands fonds océaniques. Les chercheurs estiment aujourd’hui que 80 % des espèces évoluent sur la terre ferme, 15 % en ­milieu marin et les 5 % restants dans l’eau douce. De leur point de vue, cet écart n’est pas entièrement dû au fait que le milieu terrestre a été plus ample­ment étudié.

« Il y a certes des tas et des tas d’espèces dans les océans, mais il en faudrait un ­sacré paquet pour combler la différence », estime Geerat ­Vermeij, un chercheur en écologie et paléoécologie marine qui s’est penché sur le sujet avec Rick Grosberg, un de ses collègues de l’Université de Californie à Davis. Ce manque apparent de biodiversité dans les océans ne dérive donc pas seulement, affirment Vermeij et Grosberg, de notre tendance à privilégier le milieu terrestre dans lequel nous évoluons – une ­déformation dont ils ne sont que trop conscients en tant qu’océanologues.

Alors quelle est donc cette spécificité des écosystèmes terrestres qui fait qu’ils favorisent la biodiversité ? Robert May et d’autres chercheurs avancent comme raison possible l’agencement physique des habitats terrestres, qui sont à la fois plus fragmentés et plus diversifiés. Par exemple, comme Charles Darwin l’a bien montré pour les Galápagos, les îles sont des foyers de diversification. Au fil du temps, du fait de la sélection naturelle ou même du hasard, deux populations différentes d’une même espèce présentes sur deux îles peuvent devenir deux espèces.

Les océans, en revanche, sont des grandes masses d’eau communicantes, dotées de moins de barrières physiques susceptibles d’isoler les populations. Et ils enregistrent moins de ces températures extrêmes qui ­favorisent la diversification en milieu terrestre.

La terre ferme possède aussi une « architecture complexe », pour reprendre l’expression de May. Les forêts, par exemple, ont ­recouvert une grande partie de la surface terrestre, et les feuilles et les pousses des arbres créent de nouvelles niches écologiques que les différentes espèces peuvent exploiter. Les coraux font de même dans les océans, bien sûr, mais ils ne recouvrent pas une aussi grande partie des fonds marins.

Les plantes jouent de toute évidence un rôle primordial. Le point de bascule, ce moment où la vie a cessé d’être essentiellement marine pour devenir terrestre, s’est produit il y a environ 125 millions d’années, pendant le crétacé, période où les premières plantes à fleurs ont évolué pour connaître un succès extraordinaire sur terre. Les végé­taux ont besoin de la lumière du soleil pour la photosynthèse ; or il y en a peu dans les océans, en dehors des zones ­côtières peu profondes : la terre est de ce fait plus prolifique que les profondeurs froides et sombres de la mer. « Les grands fonds sont comme un immense réfrigérateur dont la porte est restée longtemps fermée », explique Mark Costello, professeur de biologie marine à l’Univer­sité du Nord, en Norvège, qui a récem­ment publié un inventaire de la biodiversité marine.

Fait intéressant, souligne ­Mark Costello, l’accroissement de la biodiversité sur la terre ferme après la diversification des plantes à fleurs semble également avoir contribué à accroître celle des écosystèmes marins. Le pollen, par exemple, peut être une source importante de nourriture sur le plancher océanique. Des chercheurs ont récemment décelé dans le Pacifique, à 10 000 mètres de profondeur, du pollen provenant probablement de plantations de pins en Nouvelle-Zélande.

La diversification des plantes à fleurs tient aussi au fait qu’elles ont évolué avec les insectes. Certaines plantes ont développé au fil du temps des fleurs à longs tubes que seules pouvaient ­atteindre les abeilles à longue langue qui les butinent. « Entre les plantes et les insectes, ça a été la grande course », résume Costello. Cette coévolution a contribué à créer un nombre stupéfiant d’espèces. La grande majorité des plantes sont des plantes à fleurs, et la grande majorité des animaux sont des insectes. On estime que ces derniers représentent 80 % des espèces de la planète.

Mais les insectes, à qui le ­milieu terrestre réussit si bien, sont quasi absents des océans. Geerat Vermeij et Rick Grosberg attribuent cela aux différences de propriétés entre l’air et l’eau. Les petits organismes comme les insectes ont plus de mal à se déplacer dans l’eau parce qu’elle est beaucoup plus dense que l’air. Les phéromones et les informations visuelles ne voyagent pas aussi bien dans l’eau, ce qui limite le rôle de la sélection sexuelle comme ­moteur de la diversification. La sélection sexuelle développe des caractères qui peuvent ne pas sembler avantageux mais sont appréciés des partenaires potentiels ; la queue du paon en est un exemple classique.

En s’appuyant sur les travaux du biologiste marin ­Richard Strathmann, Geerat Vermeij et ­Rick Grosberg tentent également de comprendre pourquoi une relation comme celle qui unit plantes à fleurs et insectes ne pourrait pas exister en milieu marin. L’eau de mer regorge de sources d’alimentation possibles, comme le zooplancton. En allant d’une hypothétique fleur de mer à une autre, un organisme marin trouverait en chemin largement de quoi se nourrir dans l’eau. Alors pourquoi se donner le mal de nager jusqu’à une autre fleur ? En revanche, quand un insecte vole d’une fleur à l’autre pour s’alimenter de nectar, il ne fait que passer, car il n’y a pas de nourriture en suspension dans l’air. Et cela a des conséquences sur l’évolution : une hypothétique fleur de mer devrait offrir beaucoup plus de nectar pour attirer les pollinisateurs qui se nourrissent paresseusement de nourriture flottante ; cela n’en vaut donc pas la peine.

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Comme tout ce qui a trait à l’histoire de la vie sur notre planète, il n’est matériellement pas possible de mener une expérience qui prouverait l’une ou l’autre de ces hypothèses. On ne peut qu’échafauder des théories. Lorsque May se demandait dans son article de 1994 pourquoi la biodiversité était tellement plus terrestre que marine, il avançait certaines de ces explications, tout en admettant : « Il s’agit moins de réponses que d’une liste de questions. » Nous en sommes toujours là.

— Sarah Zhang est journaliste au magazine américain The Atlantic, où elle couvre les sujets science et santé.

— Cet article est paru dans The Atlantic le 12 juillet 2017. Il a été traduit par Nicolas Saintonge.

Notes

1. « Biological diversity: differences between land and sea », Philosophical Transactions of the Royal Society B, vol. 343, no 1303, 29 janvier 1994.

Pour aller plus loin

Il s’agit du nombre d’espèces. On le voit, les mammifères sont en bas de l’échelle. Ne figurent pas ici les bryozoaires (5 000-10 000), les échinodermes (6 000-7 000) et les tunicés (3 000) – des animaux marins. Ne figurent pas non plus les « microbes ».

Source : Richard K. Grosberg et al., « Biodiversity in water and on land », Current Biology vol. 22, no 21, novembre 2012.

LE LIVRE
LE LIVRE

The Evolutionary World: How Adaptation Explains Everything from Seashells to Civilization (« Le monde de l’évolution. Comment l’adaptation explique tout, des coquillages à la civilisation ») de Geerat Vermeij, Thomas Dunne Books, 2010

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