Ressources · 2ⁿᵈᵉ · SVT
Biodiversité : les crises biologiques au cours du temps
Une biodiversité qui change en permanence, même en quelques décennies ; fossiles et arbre du vivant ; crises biologiques, crise Crétacé-Paléogène et diversification ; crise actuelle et activité humaine.
À propos de cette page
Une biodiversité qui change en permanence, même sous nos yeux
Rappel. En 3e, tu as vu que les populations évoluent par la sélection naturelle et le hasard, et qu’une espèce nouvelle naît par isolement puis divergence (« Évolution : sélection naturelle, hasard et nouvelles espèces »). Les échelles de la biodiversité (écosystèmes, espèces, gènes) sont au chapitre « Biodiversité : les échelles, de l’écosystème au gène ».
• au niveau génétique : dans une population, la fréquence d’un allèle ou d’un caractère héréditaire change d’une génération à l’autre ;
• au niveau spécifique (des espèces) : des espèces nouvelles apparaissent, d’autres disparaissent d’une région ou de la planète.
Ces changements ont des causes naturelles (climat, arrivée d’une autre espèce, isolement) et humaines (transport d’espèces, traitements chimiques, transformation des milieux).
Au niveau génétique : le crapaud buffle en Australie
En 1935, des crapauds buffles d’Amérique sont lâchés dans le Queensland pour lutter contre des coléoptères qui ravagent la canne à sucre. Ils échouent dans cette mission, mais colonisent une grande partie de l’Australie. Une étude publiée en 2006 montre que le front de l’invasion avance environ cinq fois plus vite qu’au début, en 60 ans. Les crapauds qui arrivent les premiers sur un site ont les pattes les plus longues (jusqu’à 45 % de la longueur du corps, contre environ 40 % pour ceux qui arrivent un an plus tard), et dans les populations installées depuis longtemps la longueur relative des pattes diminue. En quelques dizaines de générations, les populations du front et celles de l’arrière ne se ressemblent plus.
Autre exemple cité par le programme : des moustiques devenus résistants aux insecticides en quelques décennies sur le littoral traité ; ses données et son explication par la sélection naturelle sont au chapitre « Évolution : les forces évolutives d’une population ».
Au niveau des espèces : des salsifis nés au XXe siècle
Trois espèces européennes de salsifis (des plantes à fleurs jaunes ou violettes) sont introduites au début du XXe siècle dans le Palouse, une région agricole du nord-ouest des États-Unis. En Europe, elles poussent rarement ensemble ; là-bas, elles se croisent. En 1950, le botaniste Marion Ownbey décrit deux espèces de salsifis qui n’existaient nulle part ailleurs : chacune est issue du croisement de deux des espèces introduites, puis d’un doublement de ses chromosomes qui la rend fertile. Deux espèces sont apparues en quelques décennies, et les études génétiques montrent qu’elles se sont formées plusieurs fois, indépendamment.
Les trois salsifis introduits ne poussaient pas ensemble dans le Palouse avant 1928 ; les deux espèces nouvelles sont décrites en 1950. Elles sont donc apparues en moins de 1950 − 1928 = 22 ans : une spéciation à l’échelle d’une vie humaine.
Des crapauds du front aux pattes égales à 45 % du corps et des crapauds de l’arrière à 40 % : la différence porte sur un caractère mesurable de la population. Pour parler d’évolution, on vérifie encore que ce caractère est héréditaire (des jeunes élevés dans les mêmes conditions gardent la différence).
Réflexe — pour montrer que la biodiversité a changé, je compare deux états datés au même niveau : la fréquence d’un caractère héréditaire ou d’un allèle (niveau génétique), ou la liste des espèces présentes (niveau spécifique), et je précise l’échelle de temps (années, siècles, millions d’années).
Attention — une évolution rapide ne veut pas dire qu’un individu se transforme : un crapaud garde ses pattes toute sa vie ; c’est la composition de la population qui change d’une génération à l’autre. Et une espèce nouvelle n’a pas forcément besoin de millions d’années pour apparaître.
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Les fossiles : la biodiversité actuelle, une étape de l’histoire du vivant
Rappel. En 6e, tu as placé sur une frise les grandes étapes de l’histoire de la vie (« Biodiversité actuelle et passée ») ; en 4e, tu as daté des fossiles par la superposition des couches et construit des groupes emboîtés à partir de caractères partagés (« Parenté : caractères partagés et classification »).
La vie existe sur Terre depuis plus de 3,5 milliards d’années, et l’on estime que plus de 99 % des espèces apparues sont aujourd’hui éteintes. Les organismes actuels ne représentent donc qu’une infime partie de ceux qui ont existé : l’état actuel de la biodiversité n’est qu’une étape de l’histoire du vivant.
Les fossiles connus ne sont qu’un échantillon de cette histoire : la fossilisation est rare, elle conserve surtout les parties dures, et beaucoup d’espèces n’ont laissé aucun fossile.
Un organisme actuel ou fossile se place dans l’arbre du vivant d’après les caractères qu’il partage avec les autres groupes, et non d’après sa ressemblance générale.
Les ères géologiques
Les géologues découpent l’histoire de la Terre en ères, à partir des changements de faune et de flore enregistrés par les fossiles. Deux crises biologiques servent de limites : celle de la fin du Permien (≈ 252 Ma) sépare le Paléozoïque (ère primaire) du Mésozoïque (ère secondaire), et celle de la fin du Crétacé (≈ 66 Ma) sépare le Mésozoïque du Cénozoïque (ère tertiaire et quaternaire), dans lequel nous vivons.
Placer des organismes dans l’arbre : les archosauriens
Les archosauriens sont un groupe de vertébrés qui réunit les crocodiliens, les ptérosaures (reptiles volants aux ailes faites d’une membrane de peau), les dinosaures non aviens et les oiseaux. Les oiseaux partagent avec des dinosaures fossiles des caractères qu’aucun autre animal actuel ne possède, comme les plumes : depuis la découverte de Sinosauropteryx en Chine (décrit en 1996), on connaît de nombreux dinosaures non aviens couverts de filaments ou de plumes. Les oiseaux sont donc des dinosaures, les seuls à avoir traversé la crise de 66 Ma ; parmi les animaux actuels, leurs plus proches parents sont les crocodiliens.
Le Cénozoïque a commencé il y a 66 Ma et la vie existe depuis environ 3 500 Ma : 66 ÷ 3 500 ≈ 0,019, soit moins de 2 % de l’histoire de la vie. Toute la diversification des mammifères actuels tient dans ces 2 %.
Un fossile de ptérosaure a des ailes, comme un oiseau ; mais son aile est une membrane tendue par un doigt très allongé, et il n’a pas de plumes. Ce caractère d’aspect (« voler ») ne suffit pas : on ne range pas le ptérosaure avec les oiseaux, mais à part, dans les archosauriens.
Réflexe — pour placer un organisme actuel ou fossile dans l’arbre, je cherche les caractères partagés avec chaque groupe ; pour situer un fossile dans le temps, je lis son âge en Ma et je le compare aux limites des ères (252 Ma, 66 Ma).
Attention — « tous les dinosaures ont disparu il y a 66 Ma » est faux : les oiseaux sont des dinosaures. Et l’absence de fossile d’une espèce dans une couche ne prouve pas qu’elle n’existait pas à cette époque : la fossilisation est rare.
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Les crises biologiques : des extinctions massives
Une crise biologique est une modification importante de la biodiversité : une extinction massive, c’est-à-dire la disparition d’une part importante des espèces (au moins les trois quarts, selon la définition la plus utilisée par les paléontologues), appartenant à de nombreux groupes, à l’échelle du globe et en un temps court à l’échelle des temps géologiques, suivie d’une diversification des survivants.
Les fossiles enregistrent cinq grandes crises. Chacune résulte d’une modification rapide et globale de l’environnement (volcanisme massif, impact météoritique, changement climatique brutal, variation du niveau des mers, manque de dioxygène dans les océans), souvent de plusieurs causes combinées.
| Crise | Âge | Exemples de groupes touchés | Causes envisagées |
|---|---|---|---|
| Ordovicien-Silurien | ≈ 445 Ma | trilobites, brachiopodes et autres invertébrés marins | glaciation, baisse du niveau des mers |
| Dévonien supérieur | ≈ 372 Ma | organismes des récifs, nombreux poissons cuirassés | appauvrissement des océans en dioxygène, refroidissement |
| Permien-Trias | ≈ 252 Ma | trilobites (disparition définitive), la plupart des espèces marines | volcanisme massif des trapps de Sibérie |
| Trias-Jurassique | ≈ 201 Ma | nombreux reptiles non dinosauriens, invertébrés marins | volcanisme massif lié à l’ouverture de l’Atlantique central |
| Crétacé-Paléogène | ≈ 66 Ma | dinosaures non aviens, ammonites, grands reptiles marins | impact météoritique et volcanisme du Deccan |
Mesurer une crise : espèces, genres, familles
On quantifie une crise par le pourcentage de disparitions : (nombre avant − nombre après) ÷ nombre avant × 100. Ce pourcentage dépend du niveau de classification compté. Une famille survit dès qu’une seule de ses espèces survit, alors que les familles survivantes perdent elles aussi des espèces : le pourcentage de familles disparues est donc en général bien plus faible que celui des espèces. Les paléontologues comptent souvent des familles ou des genres, mieux représentés que les espèces dans les fossiles, puis estiment la perte en espèces.
Dans une série de données simplifiées, le nombre de familles marines passe de 480 à 205 en moins d’un million d’années. Perte : (480 − 205) ÷ 480 × 100 = 275 ÷ 480 × 100 ≈ 57 %. Cette chute brutale est compatible avec une crise, à condition qu’elle touche de nombreux groupes et qu’on la retrouve dans des gisements du monde entier.
Un groupe compte 4 familles de 10, 8, 6 et 6 espèces, soit 30 espèces. Après une crise, il reste 2 espèces de la première famille et 1 de la troisième. Espèces disparues : 30 − 3 = 27, soit 27 ÷ 30 = 90 %. Familles disparues : 2 sur 4, soit 50 % seulement.
Réflexe — pour qualifier une chute de biodiversité de crise biologique, je vérifie les critères un par un : ampleur (pourcentage calculé), nombreux groupes, échelle du globe, durée courte, puis diversification ensuite.
Attention — une chute observée dans un seul gisement, ou chez un seul groupe, ne suffit pas : elle peut avoir une cause locale. Et « 50 % des familles ont disparu » ne veut pas dire « 50 % des espèces » : la perte en espèces est en général plus forte.
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La crise Crétacé-Paléogène : archosauriens et foraminifères
Chez les archosauriens, les dinosaures non aviens et les ptérosaures disparaissent ; environ la moitié des crocodiliens et de leurs proches parents survivent (surtout ceux des eaux douces et de la terre ferme), ainsi qu’une partie des oiseaux, dont descendent tous les oiseaux actuels ; d’autres groupes d’oiseaux disparaissent, comme les énantiornithes, des oiseaux à dents très répandus au Crétacé.
Chez les foraminifères, organismes unicellulaires marins à coquille, les espèces planctoniques (qui vivent en pleine eau, près de la surface) disparaissent en grande majorité ; les espèces benthiques (qui vivent sur le fond) sont beaucoup moins touchées.
Deux causes sont considérées comme les plus probables, et ont pu additionner leurs effets : un impact météoritique (cratère de Chicxulub, au Mexique) et un volcanisme massif (trapps du Deccan, en Inde).
Des extinctions sélectives
Les poussières et les gaz projetés dans l’atmosphère ont pu réduire fortement la lumière, donc la photosynthèse, sur les continents comme dans les océans : les chaînes alimentaires qui dépendent directement des végétaux et du plancton végétal s’effondrent. Les milieux qui vivent surtout de débris de matière organique (fonds marins, eaux douces alimentées par les débris venus des terres) sont moins touchés, de même que les petits animaux capables de s’abriter et de se nourrir de peu : les mammifères qui survivent ont en général la taille d’un rat.
Le programme parle de la limite « Crétacé-Paléocène » : le Paléocène est la première époque du Paléogène, c’est la même limite (on l’appelle aussi K-Pg).
Dans une coupe simplifiée, les foraminifères de surface passent de 40 espèces sous la limite à 3 au-dessus, ceux du fond de 30 à 27. Pertes : (40 − 3) ÷ 40 = 0,925, soit 92,5 % en surface ; (30 − 27) ÷ 30 = 0,1, soit 10 % sur le fond. Une crise touche les groupes très inégalement : c’est un indice sur sa cause (ici, ce qui dépend de la lumière).
Un crocodilien d’eau douce et un dinosaure non avien sont tous deux des archosauriens ; le premier a des descendants vivants, le second non. Appartenir à un groupe touché ne condamne pas toutes ses lignées.
Réflexe — pour décrire une crise, je compare les pertes groupe par groupe (calcul d’un pourcentage), puis je relie les différences au mode de vie : surface ou fond, mer ou eau douce, grande ou petite taille, régime alimentaire.
Attention — les mammifères ne sont pas apparus après la crise : apparus il y a plus de 200 Ma, ils existaient déjà depuis plus de 130 millions d’années. Et les causes (impact, volcanisme) se citent comme les origines les plus probables : on ne les présente pas comme une certitude unique.
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Après une crise : la diversification des survivants
Ces espèces sont nouvelles : elles descendent des survivants. Une espèce éteinte ne réapparaît jamais.
Le retour à une diversité comparable demande en général des millions d’années, et le monde d’après ne ressemble pas à celui d’avant : d’autres groupes dominent.
Survivre à une crise dépend en partie du hasard : être bien adapté à son milieu avant la crise ne protège pas d’une perturbation brutale et inédite. Les temps de l’évolution sont donc irréguliers : de longues périodes de changements lents, interrompues par des événements brutaux.
Après 66 Ma : mammifères, oiseaux, foraminifères
Les mammifères existent depuis plus de 200 Ma, mais restent de petite taille et peu diversifiés tant que les dinosaures dominent. Après la crise Crétacé-Paléogène, ils se diversifient rapidement (primates, rongeurs, cétacés…) et atteignent de grandes tailles. Les oiseaux survivants se diversifient eux aussi et donnent de nombreuses lignées d’oiseaux actuels. Chez les foraminifères planctoniques, les rares espèces survivantes, comme Guembelitria cretacea, sont à l’origine des nouvelles espèces du Paléogène.
Un groupe passe de 120 espèces avant une crise à 18 juste après : (120 − 18) ÷ 120 = 0,85, soit 85 % de disparitions. Dix millions d’années plus tard, il compte 150 espèces : plus qu’avant la crise, mais ce sont toutes des espèces nouvelles, issues des 18 survivantes.
Avant 66 Ma, les grands herbivores des continents sont des dinosaures ; les mammifères qui vivent à côté d’eux sont petits. Quelques millions d’années plus tard, des mammifères herbivores de grande taille broutent dans ces milieux. La place libérée a été occupée par un autre groupe.
Réflexe — après une crise, je cherche dans l’ordre : quels groupes survivent, quelles places sont libérées, quels groupes se diversifient, en combien de temps.
Attention — « les plus forts survivent à une crise » est faux : de grands animaux dominants disparaissent, de petits survivent, souvent grâce à des caractères sans rapport avec la crise (petite taille, alimentation variée, vie dans l’eau douce). Et la diversification n’est pas une réapparition des espèces disparues.
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La crise actuelle, une « 6e crise » causée par une espèce
Rappel. En 3e, tu as vu le taux d’extinction de fond, la Liste rouge de l’UICN et les causes directes de l’érosion de la biodiversité (« Biodiversité et activités humaines : crise et services »).
Ces effets sont des interactions entre espèces : une seule espèce, Homo sapiens, modifie la survie et la reproduction de milliers d’autres, et oriente ainsi l’évolution de la biodiversité.
Selon l’IPBES (2019), environ un million d’espèces animales et végétales sont menacées d’extinction, et le rythme actuel des extinctions est au moins des dizaines à des centaines de fois supérieur à la moyenne des dix derniers millions d’années. Beaucoup de scientifiques parlent d’une « 6e crise biologique ».
Nuance : le rythme des extinctions est comparable à celui des crises passées, mais la proportion d’espèces déjà disparues reste, pour l’instant, bien plus faible que les trois quarts des grandes crises.
Une influence ancienne, qui s’accélère
L’influence humaine ne date pas de l’industrie. En Nouvelle-Zélande, les moa, grands oiseaux incapables de voler, disparaissent en moins de 150 ans après l’arrivée des premiers Polynésiens, à la fin du XIIIe siècle : au XVe siècle, il n’en reste plus. Depuis 1900, le transport d’espèces, la destruction des milieux et le changement climatique agissent à l’échelle de toute la planète.
Les humains modifient aussi les fréquences des allèles des espèces qu’ils côtoient : antibiotiques, pesticides et pêche sélectionnent des bactéries résistantes, des insectes résistants, des poissons qui se reproduisent plus petits (chapitre « Évolution : les forces évolutives d’une population »).
Une étude publiée en 2015 compte, parmi 39 223 espèces de vertébrés évaluées par l’UICN, 198 extinctions certaines entre 1900 et 2014. Au rythme de fond retenu par les auteurs (2 extinctions par million d’espèces et par an), on en attendrait 2 × 39 223 ÷ 1 000 000 × 114 ≈ 8,9, soit environ 9 : le rythme observé est environ 198 ÷ 8,9 ≈ 22 fois plus élevé.
La même étude compte 617 espèces de vertébrés disparues (certaines, éteintes dans la nature ou probablement éteintes) depuis 1500 : 617 ÷ 39 223 ≈ 0,016, soit environ 1,6 % des espèces évaluées, très loin des trois quarts d’une grande crise.
Réflexe — pour juger si la période actuelle est une crise biologique, je compare deux choses séparément : le rythme des extinctions (par rapport au taux de fond) et leur ampleur (par rapport aux trois quarts des espèces).
Attention — « 6e crise » ne veut pas dire que la crise est achevée ni que les trois quarts des espèces ont disparu : elle est en cours. Et ses causes sont humaines, alors que les cinq précédentes avaient des causes physiques (volcanisme, impact, climat).
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Pour aller plus loin
Ces notions touchent au chapitre, mais elles sont traitées ailleurs ou ont été vues avant.
- Les échelles de la biodiversité (écosystèmes, espèces, gènes) et son estimation (échantillonnage, capture-marquage-recapture) : chapitre « Biodiversité : les échelles, de l’écosystème au gène ».
- Les mécanismes de l’évolution : mutations, dérive génétique, sélection naturelle, migrations, calcul des fréquences alléliques, moustiques résistants aux insecticides, naissance d’espèces par isolement ; l’être humain comme force de sélection (antibiotiques, pêche) : chapitre « Évolution : les forces évolutives d’une population ».
- La frise de l’histoire de la vie et les fossiles comme témoins des paléoenvironnements : vus en 6e, « Biodiversité actuelle et passée ».
- La Liste rouge, le taux d’extinction de fond et les services rendus par les écosystèmes : vus en 3e, « Biodiversité et activités humaines : crise et services ».
- La datation des roches par la radioactivité et l’histoire de la Terre racontée par les roches : en enseignement de spécialité SVT (1re et Tle).
- La biodiversité évolue en permanence, et ce changement s’observe sur de courtes échelles de temps : au niveau génétique (fréquence d’un allèle ou d’un caractère héréditaire, comme la longueur des pattes du crapaud buffle) et au niveau des espèces (salsifis apparus au XXᵉ siècle).
- Les fossiles montrent que la biodiversité actuelle n’est qu’une étape de l’histoire du vivant : plus de 99 % des espèces apparues sont éteintes, et les fossiles connus n’en sont qu’un échantillon ; on place un fossile dans l’arbre du vivant par ses caractères partagés.
- Une crise biologique est une extinction massive (au moins les trois quarts des espèces, de nombreux groupes, à l’échelle du globe, en peu de temps) suivie d’une diversification ; les fossiles en enregistrent cinq, dont celles de 252 Ma et de 66 Ma qui limitent les ères.
- Vers 66 Ma, la crise Crétacé-Paléogène élimine les dinosaures non aviens, les ptérosaures et la plupart des foraminifères planctoniques, mais épargne en partie crocodiliens, oiseaux et foraminifères du fond ; ses causes les plus probables sont un impact météoritique et le volcanisme du Deccan.
- Après une crise, les survivants, en partie grâce au hasard, se diversifient dans les milieux libérés (mammifères après 66 Ma) ; aujourd’hui, l’activité humaine provoque une « 6ᵉ crise » au rythme comparable aux crises passées, mais d’ampleur encore bien plus faible.
Questions fréquentes
Peut-on observer l’évolution de la biodiversité à l’échelle d’une vie humaine ?
Oui. Les populations de crapauds buffles introduites en Australie en 1935 ont changé en quelques dizaines d’années : au front de l’invasion, les pattes sont plus longues qu’à l’arrière. Au niveau des espèces, deux espèces de salsifis sont nées au XXe siècle aux États-Unis du croisement d’espèces européennes introduites.
Pourquoi dit-on que la biodiversité actuelle est une étape de l’histoire du vivant ?
Parce que les fossiles montrent que plus de 99 % des espèces apparues sont éteintes : les espèces actuelles ne sont qu’une infime partie de celles qui ont existé, et la biodiversité continue de changer. Les fossiles connus ne sont d’ailleurs qu’un échantillon de cette histoire.
Qu’est-ce qu’une crise biologique ?
Une extinction massive, au moins les trois quarts des espèces, touchant de nombreux groupes, à l’échelle du globe et en peu de temps à l’échelle géologique, suivie d’une diversification des survivants. Les fossiles en enregistrent cinq ; celles de 252 Ma et de 66 Ma servent de limites aux ères.
Que s’est-il passé lors de la crise Crétacé-Paléogène ?
Vers 66 Ma, environ les trois quarts des espèces disparaissent : dinosaures non aviens, ptérosaures, la plupart des foraminifères planctoniques. Crocodiliens d’eau douce, une partie des oiseaux et de petits mammifères survivent, puis se diversifient. Les causes les plus probables sont l’impact de Chicxulub et le volcanisme du Deccan.
Vivons-nous une sixième crise biologique ?
Le rythme actuel des extinctions, dû à l’activité humaine, est comparable à celui des crises passées : des dizaines à des centaines de fois le taux de fond. Mais la part des espèces déjà disparues reste faible, moins de 2 % des vertébrés évalués depuis 1500 : la crise est en cours, pas achevée.
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