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Changement climatique et évolution

Auteurs : ICE & Tom Roud
Comment et pourquoi les espèces évoluent-elles ? Pour qui n’est pas familier avec ces questions, un des problèmes avec la théorie de l’évolution est sans aucun doute qu’il est très difficile, pour ne pas dire impossible, d’imaginer une espèce “évoluer” – sans doute pour la bonne raison que personne [suite…]

Auteurs : ICE & Tom Roud

Comment et pourquoi les espèces évoluent-elles ? Pour qui n’est pas familier avec ces questions, un des problèmes avec la théorie de l’évolution est sans aucun doute qu’il est très difficile, pour ne pas dire impossible, d’imaginer une espèce “évoluer” – sans doute pour la bonne raison que personne n’observe jamais cette évolution en cours sur le pas de sa porte le matin, et qu’à  notre échelle les espèces sont “fixées”… En général, pour convaincre son public le biologiste fait alors appel à  des échelles de temps très longues, à  des notions de changements d’environnement, de migrations, de spéciation… Pas toujours très convaincant, on a du mal à  “penser” les milliers ou millions d’années – ou en tout cas ça irait mieux avec un petit exemple.
C’est justement ce que proposaient van Dam et al, dans un article de Nature il y a quelques temps (2006). Ils ont étudié la dynamique d’apparition et de disparition de différentes espèces de rongeurs sur une période de 22 millions d’années (Ma), entre -24.5 et -2.5 Ma (rappelons que les mamifères sont apparus il y a environ 200 Ma, et ont “explosé” après la disparition des dinosaures vers -65 Ma). En observant des fossiles provenant de sites situés en Espagne, ils ont pu étudier la statistique d’extinction et d’apparition de nouvelles espèces au cours du temps. La dynamique d’évolution est très caractéristique : premièrement, extinction et apparitions sont fortement corrélées. Ensuite – plus surprenant –  la plupart du temps il y a relativement peu d’évènement d’extinctions ou d’apparitions d’espèces: tout ou presque se passe lors de certaines périodes bien précises durant lesquelles se produit un renouvellement très violent des espèces de rongeurs. L’analyse spectrale montre qu’il y a deux périodes caractéristiques pour ce renouvellement : 2.4 millions d’années, et 1 millions d’années. Qu’est ce qui explique cette périodicité ?

L’hypothèse des auteurs est que ces périodes correspondent en fait  à  des modulations basse fréquence des paramètres astronomiques de Milankovitch.
Milankovitch: cet astronome et climatologue russe (1897-1958) est aujourd’hui célèbre pour sa théorie astronomique des paléoclimats – autrement dit l’influence primordiale des variations des paramètres de l’orbite terrestre sur les glaciations et déglaciations successives, et quasi-périodiques, de la Terre, au cours des dernières centaines de milliers d’années, via la modulation de la distribution saisonnière du rayonnement solaire.
En effet, à  la fois l’excentricité de l’orbite, l’inclinaison du globe et la direction de cette inclinaison (mouvement de toupie, ou “précession”) varient au cours du temps de façon cyclique, avec des périodes respectives d’environ 400 000 et 100 000 ans, 40 000 ans, et 20 000 ans (ces variations sont dues aux interactons planétaires au sein du système solaire). L’idée de Milankovitch est que dans une configuration orbitale favorisant un minimum d’insolation estival vers 65°N (par exemple une faible inclinaison, et une précession qui fait que l’été boréal a lieu lorsque la distance Terre-Soleil est grande), la neige sur les terres de l’hémisphère Nord survit à  l’été, s’accumule, et petit à  petit permet la formation de calottes glaciaires. D’où ces glaciations, et déglaciations, cycliques, telles qu’on les retrouve notamment dans les enregistrements issus des calottes polaires:

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Auteur : Robert A. Rohde, données issues de Quinn et al. (1991).

Cette idée élégante est aujourd’hui admise dans un cadre plus large, où, si les mécanismes astronomiques initient en effet les alternances glaciaires/interglaciaires, ils sont amplifiés par des rétroactions internes au système Terre, où interviennent notamment le CO2, le méthane, le cycle de l’eau, etc… (ce qui explique la forte corrélation entre CO2 et Température sur les derniers 800 000 ans).
Evidemment, la relation entre cycles de Milankovitch et glaciations est le plus souvent évoquée à  propos des derniers 800 000 ans, pour lequels on dispose, grâce aux enregistrements issus des carottes de glaces, d’informations climatiques précises; mais les paramètres de Milankovitch ont bien entendu toujours varié par le passé, et d’autres enregistrements, moins précis mais remontant sur des dizaines de Millions d’années (par exemple les sédiments carbonatés), indiquent qu’ont toujours existé des variations climatiques cycliques, quoique sur des rythmes différents, associées à  ces variations orbitales – ceci autour d’un climat moyen dont l’évolution, en revanche, est avant tout gouvernée par des “conditions aux limites” lentes, comme la morphologie des continents et des bassins océaniques (configuration actuelle acquise il y a quelques millions d’années seulement), ou l’évolution de l’effet de serre.

Donc revenons à  nos rongeurs: certes, leur fréquence de disparition/renouvellement est trop lente (2.4 et 1 Ma) pour qu’on l’impute directement aux cycles de Milankovitch principaux, de quelques 100aines ou 10aines de milliers d’années. Néanmoins, les calculs astronomiques montrent que ces cycles orbitaux exhibent également, superposée à  ces variations rapides, des modulations de plus faible fréquence, de l’ordre de de 1 ou 2 millions d’années selon les paramètres:  autrement dit, des périodes pendant lesquelles, en moyenne sur quelques centaines de milliers d’années, l’excentricité est plus faible, ou l’obliquité plus forte, etc…

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Ainsi, en superposant (voir figure ci-dessus)  les paramètres orbitaux, les archives paléoclimatiques et les données sur le turn-over des epsèces de rongeurs (bas de la figure), les auteurs montrent que les intervalles d’1 million d’années dans le renouvellement des espèces de rongeurs correspondent en réalité à  des œnoeuds du cycle de l’inclinaison terrestre (autrement dit des périodes où l’inclinaison ne varie que très peu), associées le plus souvent à  des minimum locaux d’excentricités:  les archives paléoclimatiques indiquent que lors de telles configurations orbitales, au cours du Miocène (-25 à  -5 Ma) qui est globalement quelques °C plus chaud qu’aujoud’hui, soudainement le climat se refroidit, de façon rapide et importante –  pendant 100 à  200 000 ans, un climat glaciaire se développe, les calottes polaires s’étendent, les océans baissent, ect… En particulier, ceci altère de  façon importante le cycle de l’eau, et aridifie le climat du le bassin Méditerranéen. Durant ces événements, les enregistrements fossiles (issus d’Espagne, donc) montrent que les populations de rongeurs migrent, se séparent, évoluent et se spécifient. En particulier, les auteurs montrent que durant ces périodes froides, il y a beaucoup moins d’insectivores ou de rongeurs caractéristiques de milieux humides.

Le cycle de 2.4 millions d’années, quant à  lui, correspond à  une des périodes d’excentricité minimale, provoquant aussi un refroidissement global. Cependant, le climat reste alors plus humide en Méditerranée, et on observe plus de rongeurs “humides” et d’insectivores. van Dam et al. avancent que ces rongeurs correspondent à  des populations ayant émigré depuis l’Europe Centrale, qui elle se serait asséchée.

Tous ces changements d’environnement, toutes ces migrations sont évidemment un terreau idéal pour l’évolution: des niches écologiques se libèrent, de nouvelles espèces apparaissent pour les occuper, ce qui explique ces cycles de spéciations/extinctions. Et les résultats obtenus ici pour les rongeurs peuvent probablement s’appliquer à  d’autres espèces.

Ainsi, en rapprochant fossiles, archives climatiques, et données astronomiques les auteurs mettent en lumière l’influence des changements climatiques sur l’évolution des espèces.

Référence :
Jan A. van Dam et al., Nature 443, 687 – 691 (12 Oct 2006)

À propos de l'auteur

Tom Roud

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