La notion de biodiversité et son approche en paléontologie

Biodiversité, biomasse

Littéralement, la biodiversité est la diversité biologique, autrement dit, la variété des organismes vivants. Elle est classiquement envisagée selon trois niveaux :


La définition suivante donnée par la Convention sur la Diversité Biologique en 1992 rassemble ces trois niveaux :
La biodiversité est la « variabilité des organismes vivants de toute origine, y compris, les écosystèmes terrestres, marins et autres écosystèmes aquatiques et les complexes écologiques dont ils font partie ; cela comprend la diversité au sein des espèces, et entre les espèces et ainsi que celle des écosystèmes ».

Plus couramment, on simplifie la définition de biodiversité en utilisant seulement la diversité taxonomique (correspondant au niveau spécifique cité plus haut). C’est notamment le cas pour le comptage de la biodiversité au cours du temps*. Ce type de comptage de la biodiversité est parfois effectué à d’autres niveaux de la classification traditionnelle que celui de l’espèce (genres, familles…).

*En fait, il s’agit d’un grand raccourci… raccourci pris notamment pour tout ce qui concerne le comptage de la biodiversité au cours du temps. La biodiversité dans le temps étant notre propos central, nous n’aborderons désormais la biodiversité que sous cet aspect (biodiversité = diversité en espèces, en genres, en familles…) simplifié et moins complet par rapport à l’usage qu’en ont les biologistes (ceux-ci ont accès à beaucoup plus d’informations que ceux travaillant sur la biodiversité fossile).

Concrètement, comment aborde-t-on le sujet ? Plus d’espèces différentes coexistent dans un milieu donné, plus la biodiversité y est élevée. On distingue ainsi des milieux riches et des milieux pauvres.

a(a) b(b)

c(c)

Figure 1 : Schéma explicitant les différences entre diversité biologique (spécifique) et biomasse. Les carrés sont les individus, les couleurs représentent les espèces auxquelles ces individus appartiennent.

La figure 1 présente la composition en nombres d’individus et d’espèces de trois portions d’écosystèmes différents :

Les différentes espèces ne sont pas toutes également abondantes au sein d’un même écosystème : ainsi, dans l’écosystème (a), l’espèce représentée par la couleur verte est beaucoup plus abondante que l’espèce notée par la couleur grise. De plus, l’abondance relative de ces espèces varie d’un écosystème à l’autre : l’espèce illustrée en bleu est environ trois fois plus abondante dans l’écosystème (b) que dans le (a).

Les observations ci-dessus sont issues d’une lecture brute de modèles simplifiés. Comment ces derniers illustrent-ils les concepts de biomasse et de biodiversité ?

La biomasse

Littéralement, la biomasse correspond à la masse ou quantité de matière vivante dans un milieu donné. Dans la figure 1, par commodité de représentation, supposons que tous les individus, toutes espèces confondues, ont à peu près le même poids. Alors, l’écosystème (c) qui a un nombre d’individus plus important que l’écosystème (b) présente une biomasse plus importante, alors qu'il a une diversité en espèces identique.

La biomasse est presque toujours exprimée en kilogrammes ou bien en tonnes, autrement dit en masse de matière vivante. Dans la réalité, elle dépend autant (voire moins) du gabarit des organismes que de leur nombre (ainsi la masse de tous les éléphants de la planète est largement inférieure à la masse de toutes les fourmis).

La biodiversité

Elle exprime la variété des êtres vivants. Sur la figure 1, est représenté la biodiversité spécifique, soit le nombre d’espèces différentes présentes dans un écosystème. L’écosystème (a) présente une biodiversité plus grande que l’écosystème (b) pour un même nombre d’individus (ici assimilé à une même biomasse).

L’exemple illustré met en évidence le fait que biomasse et biodiversité ne sont pas deux notions véritablement tributaires l’une de l’autre, puisqu’on peut avoir un écosystème (c) ayant une biomasse plus importante mais une biodiversité inférieure à un autre écosystème (a).

Une relation écologie-biodiversité :

La notion de biodiversité est intimement liée à celle d’écologie. La figure 2 illustre schématiquement la biodiversité d’un écosystème terrestre de type lisière de forêt tempérée océanique (présente en France). Un écosystème de type marin peut donner lieu à des rapports différents entre les diverses catégories écologiques présentées.

Pour avoir une vision exacte d’un écosystème, il eût fallu présenter des centaines voire des milliers d’espèces, selon d’exactes proportions. Nous avons choisi un seul exemple simplifié sur lequel sont présentées différentes espèces en fonction de leur rôle écologique selon trois grands types (Heinrich, D. & Manfred, H. (1993) :

La figure 2 permet d’illustrer plusieurs points :

  1. contrairement à beaucoup de représentations classiques simplifiées d’écosystèmes, ce schéma montre ce qui devrait apparaître comme une évidence : la prépondérance des organismes de petite taille, ce qui est vrai en nombre d’espèces (biodiversité), comme en nombre d’individus (abondance).
  2. en illustrant les rôles écologiques tenus par diverses espèces au sein de l’écosystème représenté, il ressort que les consommateurs carnivores, en bout de chaîne alimentaire sont les moins nombreux. Leur nombre et leur diversité dépendent directement de l’abondance des proies. La situation des consommateurs carnivores, surtout les secondaires, ceux de grande taille, est rapidement fragilisable.
    Commentaire de la figure : le loup est prédateur du chevreuil, mais également du campagnol, voire d’insectes, reptiles ou oiseaux. L’abondance des proies comme le chevreuil est dépendante de l’abondance de certaines plantes dont il se nourrit. Il faut, en effet, beaucoup de feuilles de chêne, charme ou encore érable pour nourrir un chevreuil. Il en faut beaucoup plus pour nourrir le nombre de chevreuils qui va servir de proie au loup. C'est pourquoi les super-prédateurs (comme le loup) sont peu représentés en nombre et en diversité dans la nature.
    En outre, leur situation se dégraderait rapidement si un événement (par exemple, de mauvaises conditions climatiques) venait à diminuer la disponibilité en ressources alimentaires pour leurs proies. C’est le lot commun de tous les grands carnivores, généralement les premiers à pâtir de nouvelles conditions difficiles dans un écosystème, cela est vrai aujourd’hui comme ce le fut très probablement au cours du passé.
  3. sur le schéma, les deux groupes les plus abondants sont ceux des insectes et des plantes. Cette représentation approximative d’un écosystème permet d’illustrer en partie la richesse de ces deux groupes dans la nature actuelle.

Il existe de nombreux autres types d’écosystèmes et de nombreux autres types d’organismes, notamment en milieu aquatique qui représente près des trois quarts (71%) de la surface terrestre.

ecosystèmes

légende écosystème

Figure 2:Schéma illustrant partiellement la biodiversité théorique à l’échelle d’un écosystème continental et 3 grands types de rôles écologiques.

Pour aller plus loin : l'estimation de la biodiversité actuelle.

La biodiversité, une notion historique

La notion de temps est intimement liée à celle de biodiversité. La biodiversité actuelle n’est qu’un instantané, elle ne représente ni un aboutissement, ni un état stable. Elle est comparable à une image tirée d’un film dont le tournage se poursuit. Ainsi la biodiversité observée de nos jours n’est que le résultat temporaire d’un processus toujours en action. Cette variation se poursuit depuis l’apparition de la vie, conjointement à l’évolution biologique et aux changements de cadre physique et chimique. Dès lors, nous ne pouvons regarder la biodiversité actuelle sans avoir auparavant cherché à appréhender la biodiversité passée.

L’étude des fluctuations de la biodiversité durant l’histoire de la vie sur Terre est accessible par les fossiles. Elle permet de caractériser de nombreuses variations temporelles, dans le détail de sa composition ou dans sa richesse globale.

On a pu ainsi observer qu’à certaines périodes (époques), la biodiversité subissait une diminution drastique sur un court laps de temps (à l’échelle géologique). On a ainsi créé le terme de crise biologique. La définition d’une crise est simple mais son occurrence dans le passé est difficile à mettre en évidence. En effet, beaucoup de biais sur le comptage de la biodiversité existent et doivent être pris en compte avant de statuer. Malheureusement, ce n’est pas toujours le cas, et il est possible de se tromper lourdement.

Lire la suite : Les biais du dénombrement de la biodiversité fossile.

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Auteurs : Guillaume Billet et Benjamin Bonnefoy, dans le cadre du monitorat MNHN 2006-2007
Sous la direction de Patrick De Wever, Professeur, MNHN
Pour l'illustration, nous avons bénéficié du savoir-faire d'Agathe (Evelyne Cambreleng, MNHN)
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