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 Evolution, crises biologiques et extinctions de masse
Introduction
Les phases d'extinctions et celles de renouvellement des faunes et des flores au cours des temps géologiques ont été suggérées à partir du XVIIIème siècle par deux grands noms du domaine : Georges-Louis Leclerc de Buffon (1707-1788) et Georges Cuvier (1769-1832). Cuvier défendait la théorie du catastrophisme, tandis que d'autres, comme Lyell étaient uniformitariste, c'est-à-dire qu'ils pensaient que les choses se faisaient lentement, sans à-coups. Par la suite, ces notions sont un peu tombées en désuétudes, mais furent relancées ensuite. En effet, les phases d'extinctions et crises biologiques par catastrophismes furent utilisées par Newell par exemple, au début des années soixante (1963), mais c'est surtout grâce aux travaux d'Alvarez qui travailla sur la limite Crétacé-Tertiaire au début des années 1980 et qui élabora la théorie de l'impact météoritique. Ces travaux ont relancé de manière importante les recherches sur les extinctions biologiques.
I) Qu'est ce qu'une extinction ?
1) Définition
Une extinction de masse, une crise majeure ou une crise biologique, définit logiquement la disparition d'une espèce ou d'un groupe. Cette disparition est considérée comme étant "une augmentation d'extinction" (Sepkoski) et doit répondre à plusieurs critères : il faut toucher un grand nombre de taxon, sur une vaste surface géographique et sur une période qui apparaît comme instantanée. Ces critères sont sujets à discussions (cf. II, Les problèmes de définissions).
Il existe 5 grandes crises biologiques (c'est ce terme qui semble être le plus juste), elles sont aussi connues sous le nom de 'big five' (fig. 1) : limite Ordovicien-Silurien, Frasnien-Famennien (fin Dévonien), Permien-Trias, Trias-Jurassique, et la plus connue du grand public, la limite Crétacé-Tertiaire (K-T) (cf. Echelle chronostratigraphique).
Remarque : nous pouvons remarquer que ces crises correspondent souvent avec la fin des systèmes ou des ères. Cette coïncidence n'est pas le fruit du hasard, mais le fait que les biostratographes se basent sur les fossiles pour déterminer les limites entre les unités chronostratigraphiques.
Fig.1 : représentation de la biodiversité des familles marines au cours des temps géologiques
Bien entendu, les 5 grandes crises biologiques ne sont pas les seules. Il existe un grand nombre de crise qui n'affectent que certains organismes, ou certaines régions du globe. C'est notamment le cas de la crise qui touche les Trilobites pendant le Cambrien qui fait diminuer leur biodiversité sans l'extinction totale, celle Brachiopodes à l'Ordovicien supérieur ou celle des Ammonites à la base du Crétacé supérieur.
2) Caractérisation
Une crise biologique peut être subdivisée en trois phases distinctes (fig. 2) :
- la période d'extinction en elle-même qui correspond à une accélération de la disparition des espèces, donc de la biodiversité.
- la période de survie, correspondant au minimum de la biodiversité.
- la période de reconquête qui correspond à la radiation adaptative, donc l'augmentation de la biodiversité. Il s'agit d'une réadaptation aux niches écologiques laissées vides.
L'enregistrement de ces trois phases dans les données géologiques n'est pas obligatoire. En effet, il se peut que la série soit incomplète, car faussée par une lacune sédimentaire ou érodée lors d'une régression.
Fig. 2 : variation de la biodiversité lors d'une crise biologique
Cette succession s'explique par la capacité des organismes à être pré-adaptés aux variations des conditions du milieu. Il en ressort une caractérisation des organismes en parallèle des trois phases définit (fig. 3) :
- taxon d'extinction : ces taxons ne vont pas survivre car non-adaptés.
Remarque importante : un organisme ne décide pas d'évoluer, c'est le résultat de mutations génétiques ou d'une sélection naturelle qui les favorise (par exemple, des changements environnementaux). L'exemple le plus connu est celui des girafes : si nous avons une espèce de girafe à longs cous et une autre à petits cous, placés dans un milieu en pleine sécheresse qui décime les arbres de petites tailles, les girafes à petits cous ne vont plus pouvoir se nourrir et disparaîtrent petit à petit laissant la place au développement des girafes à long cous.
- taxon holdover : il s'agit d'organismes eurytypiques, c'est-à-dire qui s'adaptent à de faibles variations écologiques. Lorsque la variation est trop forte, ils disparaîtront également.
- taxon progenitor : ces taxons sont pré-adaptés, ils possèdent des caractères prédestinés à la survie. Par exemple, pendant la crise Crétacé-Tertiaire, seuls les petits vertébrés (- de 10 kilos) ont survécus. Cet embranchement sera à l'origine de la radiation, c'est-à-dire l'apparition de nombreuses espèces liées aux niches écologiques libres.
- taxon disaster : ces organismes sont des " opportunistes ". Ils se développent au milieu de l'extinction lorsque le stress écologique est au maximum, puis ils disparaissent quand réapparaît la concurrence.
- survivors : ce sont des survivants pré-adaptés qui participeront à la radiation biologique.
- taxon Lazare : ces organismes semblent s'éteindrent mais en fait, il s'agit d'une migration, ou le taxon est préservé dans un bassin, puis ils réapparaissent.
- taxon Elvis : ces taxons portent ce nom car il existe un grand nombre d'imitateurs d'Elvis. Il s'agit donc de taxons qui se ressemblent morphologiquement.
Fig. 3 : caractérisation des réponses des taxons selon les phases de la crise biologique
Les extinctions ne touchent pas tous les organismes de la même manière. Par exemple, les taxons représentés sur une large surface géographique possèdent souvent une durée de vie plus importante. La taille des organismes joue également un rôle : les espèces de grandes dimensions corporelles ont des fréquences d'extinction plus importante. Il en est de même pour le milieu de vie. En effet, de manière générale, les espèces tropicales sont plus fragiles, et les espèces terrestres sont plus touchées que celles des environnements marins.
3) Quantification
Pour pouvoir estimer la quantification des extinctions, il faut dans un premier temps tenir compte du fait qu'il existe un taux d'extinction moyenne. Donc, comme le définissait Sepkoski : " une extinction c'est une augmentation des extinctions ", c'est un dire un taux plus élevé que la moyenne. Un taux d'extinction se définit par rapport à une durée de temps, c'est pourquoi il faut subdiviser les couches stratigraphiques le plus finement possible pour déterminer la quantité de famille disparues par étage.
II) Les problèmes de définitions
Les contraintes dans la définissions des extinctions sont nombreuses :
- les enregistrements paléontologiques sont loin d'être complets. On parle souvent de la paléontologie comme étant un 'puzzle incomplet'. C'est pourquoi les valeurs des pertes lors des extinctions ne sont pas toujours représentatifs et varient souvent les différents auteurs.
- la difficulté dans l'estimation de la durée de l'extinction en fonction de la résolution temporelle. Par exemple, la crise Crétacé-Tertiaire est daté à 65 millions d'années avec plus ou moins 1 million d'année de marge d'erreur liée aux problèmes de datation. De ce fait, cette crise peut-elle être considérée comme échelonnée ou brusque ? Cette question pose d'autant plus problème s'il s'agit de terrains très anciens.
- il existe également un problème dans l'échantillonnage. En effet, il est plus simple d'étudier une extinction chez des microfossiles que chez les dinosaures, car ils sont plus petits et plus nombreux. Lorsque l'on échantillonne tout les 10 mètres, la crise peut paraître massive alors que si l'on regarde tout les centimètres on peut observer une extinction échelonnée (fig. 4).
Fig. 4 : illustration des problèmes d'échantillonnages. A) échantillonnage espacé exprimant une extinction brusque. B) échantillonnage plus précis exprimant une extinction échelonnée.
- les pièges : comme vu dans le chapitre précédent, des pièges existent, notamment ceux des taxons Lazare et taxons Elvis.
(1/4 - A suivre...)
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