Pourquoi les oiseaux se reproduisent aux sommets des montagnes ?

Le 21 Février 2018, deux chercheurs, Quintero et Jetz, ont publieé sur la revue Nature un rapport sur leur étude. Il s’agit d’une analyse à grande échelle de la diversité et de l’évolution des oiseaux sur les montagnes du monde entier. Elle explore les relations entre la haute altitude, la grande diversité des spécimens et le taux de formation de nouvelles espèces.

Les chaînes de montagnes abritent un tiers de toutes les espères terrestres. Ces endroits ont longtemps fasciné les biologistes, mais ils sont difficiles à explorer et à étudier. Les connaissances actuelles des scientifiques sur la répartition de la diversité des espèces sur les montagnes sont incomplètes. De même pour leur compréhension de la façon dont le nombre total d’espèces et les taux de formation de nouvelles espèces (spéciation) varient dans les chaînes de montagnes.

Les chercheurs Quintero et Jetz abordent ces questions en étudiant la diversité et l’évolution des oiseaux sur les 46 grandes chaînes de montagnes du monde.

Les montagnes possèdent des paysages variés en fonction notamment des conditions climatiques et de la quantité d’énergie disponible dans la région. De plus, les montagnes sont souvent éloignées les unes des autres, ce qui a pour cause de séparer des espèces, rendant des groupes d’organismes génétiquement isolés. Lorsque ces populations ne sont plus capables de se reproduire entre elles, elles forment de nouvelles espèces. Un exemple de cela est le colibri Aglaiocercus Kingii, qui se trouve seulement dans les Andes d’Amérique du Sud.

A hummingbird perched on a branch

Le colibri Aglaiocercus Kingii en Équateur. Cette espèce est confinée aux montagnes des Andes d’Amérique du Sud. Quintero et Jetz ont élaboré une approche pour étudier la répartition des oiseaux dans les montagnes du monde entier qui pourrait aider à déterminer comment et quand la diversité biologique a évolué le long des gradients d’élévation. Crédit photo : Glenn Bartley/Getty

Quintero et Jetz ont utilisé des ensembles de données à grande échelle sur les distributions actuelles d’espèces d’oiseaux, extraites de bases de données et de publications existantes, pour caractériser la relation entre l’élévation au-dessus du niveau de la mer et la richesse des espèces. Les auteurs ont fusionné les données de 993 espèces, représentant essentiellement tous les oiseaux actuellement connus. Bien que les tendances observées dans différentes régions varient, la tendance générale pour la plupart des régions est une courbe en forme de bosse dans laquelle la richesse des espèces est la plus élevée aux altitudes moyennes et diminue à mesure que l’élévation augmente.

Les résultats confirment les résultats d’études antérieures sur les plantes et les oiseaux. Ce type de modèle pourrait être déterminé par la plus petite superficie disponible pour la spéciation à des altitudes plus élevées et parce que les conditions environnementales sont plus extrêmes que celles des basses terres. Par exemple, de grandes fluctuations de température entre le jour et la nuit, et une exposition accrue au rayonnement du soleil et au vent à des altitudes plus élevées pourraient limiter le nombre d’espèces capables de faire face à de telles conditions.

Les chercheurs ont utilisé de nouvelles méthodes pour leur analyse des données. Ils visaient à saisir la structure 3D des données sur la biodiversité en combinant l’altitude et l’information sur les espèces. Cela leur a permis d’évaluer la complexité des montagnes d’une manière qui améliore les méthodes écologiques conventionnelles qui négligent souvent l’élévation.

Certaines analyses de la biodiversité peuvent être altérées dans certains domaines en raison d’un regroupement aux mêmes endroits de différentes espèces. Ce que l’on peut appeler un pic de richesse d’espèces. Les auteurs ont élaboré une approche de sous-échantillonnage qui offre une façon de régler ce problème. Ils ont compté les espèces, mais ont également tenu compte de la superficie totale que chaque espèce occupe pour déterminer leur contribution à la richesse des espèces. Cette méthode utilise également une procédure de randomisation complexe qui utilise une approche de modélisation pour estimer les mesures de l’espèce.

Leur analyse à l’aide de cette approche de sous-échantillonnage a révélé le résultat surprenant qu’il y ait une diminution linéaire de la richesse des espèces à mesure que l’élévation augmente. Néanmoins, on craint que les estimations de la richesse des espèces sous-échantillonnées provenant de cette méthode ne soient pas directement comparables aux estimations de la richesse des espèces calculées de façon conventionnelle – comme le nombre total d’espèces. De plus, la taille de l’aire de répartition de chaque espèce pourrait être un facteur lié à son histoire évolutive, et donc pertinent pour comprendre l’évolution des espèces de montagne. Des recherches supplémentaires pourraient être nécessaires pour évaluer l’applicabilité de cette mesure de la diversité sous-échantillonnée.

Une autre découverte, peut-être encore plus intéressante faite par Quintero et Jetz concernent le processus sous-jacent aux modèles de diversité des espèces observées. Les auteurs ont utilisé des informations précédemment estimées sur les relations évolutives entre les espèces d’oiseaux qu’ils ont étudiées pour calculer le taux de spéciation le long des gradients d’élévation. Ils ont constaté que ce taux est inversement lié à la richesse des espèces sous-échantillonnées : c’est-à-dire que les espèces sont formées aux taux les plus élevés lorsque la richesse de l’espèce est la plus faible, ce qui correspond aux sommets des montagnes. L’explication des auteurs est que les basses terres écologiquement stables présentent une grande diversité, tandis qu’à des altitudes plus élevées, la diversité est principalement régie par des migrations fréquentes et le remplacement rapide des espèces en période de changement climatique.

L’une des principales limites des études de la diversité biologique sur les montagnes est la rareté des données disponibles. L’étude de Quintero et Jetz utilise des données existantes sur la diversité qui ont une résolution d’au moins 110 kilomètres horizontalement et 500 mètres d’altitude. Ce type d’échelle peut être assez grossier pour de nombreuses montagnes, étant donné que les conditions environnementales et écologiques peuvent varier considérablement sur des distances de quelques centaines de mètres. Bien que les oiseaux constituent le groupe d’organismes le mieux documenté géographiquement sur Terre, avec plus de 564 millions de dossiers accessibles au public (voir www.gbif.org), il pourrait être surprenant que leur diversité dans de nombreuses montagnes demeure mal documentée.

Malheureusement, les données géologiques les plus pertinentes pour les biologistes font défaut. Quintero et Jetz ont donc dû simplifier la complexité géologique dans leurs analyses en utilisant des valeurs moyennes pour des variables clés, comme l’âge des montagnes. Ces facteurs, ainsi que les interactions écologiques entre les espèces, pourraient influencer le processus de spéciation et peuvent varier dans une seule chaîne de montagnes.

Les taux de spéciation sont également difficiles à estimer, surtout sur de longues périodes et pour des groupes, comme les oiseaux, qui n’ont pas de riche dossier fossile. Un inconvénient potentiel de la nouvelle étude est que de nombreuses relations entre les espèces, et leur heure d’origine estimée, ont été calculées sur la base d’informations génétiques limitées et avec des méthodes qui ne tiennent pas compte des difficultés qui surviennent parfois au cours de la production d’arbres phylogénétiques. Dans certains cas, les relations proposées pourraient reposer uniquement sur des comparaisons de la forme des oiseaux (morphologie) plutôt que sur des données génétiques.

Il reste encore un long chemin à parcourir avant que la phylogénie des oiseaux soit totalement complète. Des initiatives à grande échelle sont en cours pour séquencer les génomes de toutes les espèces d’oiseaux afin de déterminer des estimations plus fiables des relations entre les oiseaux et d’améliorer la compréhension de leur histoire évolutionnaire.

Les résultats de Quintero et Jetz révèlent des relations générales et inattendues entre l’élévation, la richesse des espèces et la diversification. Une collecte supplémentaire de données sur le terrain par les scientifiques et les ornithologues sera essentielle et, parallèlement à l’intégration et l’analyse des données du tri mené par Quintero et Jetz, devrait fournir des informations supplémentaires. Il sera particulièrement intéressant de voir si les tendances rapportées par Quintero et Jetz sont vraies pour le reste des espèces du monde, dont la diversité et la répartition sont mal connues même au niveau global, sans parler des gradients d’élévation sur les montagnes.

Article source : https://www.nature.com/articles/d41586-018-02062-6

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