Les origines de la vie dans les montagnes

Afin de protéger les espèces montagnardes et leurs habitats, il est essentiel de mieux comprendre leur fonctionnement. C’est dans ce but qu’une étude sur la biodiversité en montagne a été réalisée. Les chercheurs ont analysé des séquences d’ADN de plus de 1800 organismes sur le mont Kinabalu (4 095 m) à Bornéo (Malaisie). Leur recherche révèle les mécanismes évolutifs qui ont conduit à la haute et unique biodiversité de la montagne.

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Les montagnes n’occupent qu’environ un huitième de la surface terrestre du monde en dehors de l’Antarctique, mais elles abritent environ un tiers de toutes les espèces terrestres. Cependant, on sait peu de choses sur le moment, l’endroit et la façon dont cette biodiversité montagneuse s’est développée. Dans un article publié dans la revue Nature, Merckx et ses collègues étudient les origines des espèces sur une montagne tropicale très diverse, le mont Kinabalu sur l’île de Bornéo. Ils constatent que la plupart des espèces endémiques (celles que l’on ne trouve nulle part ailleurs) sont apparues relativement récemment sur la montagne, provenant à la fois d’ancêtres locaux et d’immigrants éloignés qui s’étaient pré-accouplés dans des milieux frais. Ces observations ont des répercussions directes sur notre compréhension de la biodiversité montagnarde et peuvent offrir des indices sur la façon de protéger à la fois les organismes uniques qui se trouvent là-bas et les habitats qui fournissent le stade de la spéciation.

Depuis la première documentation botanique d’une montagne tropicale par Alexander von Humboldt plus de deux siècles auparavant, les naturalistes ont été fascinés par la grande variété des formes de vie trouvées sur les montagnes. Mais les chercheurs manquent encore de réponses aux questions fondamentales sur l’évolution de la biodiversité des montagnes. Les espèces vivant en montagne ont-elles leur origine dans les basses terres environnantes, où leurs ancêtres se sont adaptés successivement à des altitudes plus élevées ? Ou les espèces montagnardes sont-elles pour la plupart des immigrants pré-accouplés venus de montagnes lointaines ? Et les espèces montagnardes sont-elles anciennes ou récentes ?

Merckx et ses collègues sont arrivés à la racine de ces questions en utilisant une nouvelle approche comparative. Plutôt que d’étudier la formation d’espèces dans un seul groupe d’organismes et d’élargir à partir de là, ce qui a été l’approche standard jusqu’à présent, les chercheurs ont recueilli une grande variété d’organismes (des grenouilles, des escargots, des insectes, des plantes et des champignons), qui habitent l’emblématique mont Kinabalu et ses environs. Ils ont ensuite séquencé l’ADN des quelque 1 850 spécimens recueillis, comparé ces séquences avec d’autres dans leurs propres collections et bases de données publiques, et calculé leurs relations, leur âge, leur origine géographique et leur milieu ancestral.

Le premier résultat frappant est que la plupart des organismes de montagne examinés sont apparus après, ou en même temps, que la montée de la montagne qu’ils habitent (soit au cours de ces 6 derniers millions d’années). Les scientifiques en concluent que ces espèces sont donc relativement jeunes.

Contrairement aux créatures anciennes trouvées sur une montagne tropicale reculée dans le roman d’Arthur Conan Doyle Le Monde Perdu, cette découverte suggère une origine récente pour les espèces montagnardes dans tous les domaines de la vie, et soutient la récente spéciation documentée pour les plantes alpines sur plusieurs continents.

Le deuxième grand constat est la double origine des organismes montagnards. Certaines espèces, en particulier celles qui se trouvent aux plus hautes altitudes du mont Kinabalu, ont leurs parents les plus proches à l’extérieur de Bornéo. Leurs ancêtres étaient souvent doués pour la dispersion, comme les plantes ou les champignons qui produisaient de grandes quantités de graines légères ou de spores qui pouvaient être transportées par le vent. D’autres espèces (environ deux fois plus) proviennent d’ancêtres locaux situés à des altitudes plus basses sur la même île. Le mont Kinabalu est entouré par une forêt tropicale extrêmement diversifiée au carrefour de l’Asie et de l’Océanie, deux régions qui ont leur propre faune et flore. C’est cet environnement qui fournit à la montagne un riche stock initial pour l’évolution de sa biodiversité unique.

Itinéraires vers la biodiversité des montagnes :

Les montagnes tropicales isolées contiennent généralement des niveaux élevés de richesse et d’endémicité des espèces (caractère unique des espèces). Merckx et ses collègues montrent qu’une grande proportion des espèces endémiques (indiquées par des astérisques) sur le mont Kinabalu à Bornéo provient de lignées qui étaient auparavant présentes sur l’île (Les largeurs des flèches reflètent le nombre relatif de cas identifiés ; les organismes représentés ne sont qu’indicatifs). Seules certaines de ces espèces recrutées localement se sont adaptées à différentes zones de végétation. En revanche, certaines espèces, en particulier celles qui se trouvent en haute altitude, ont leurs origines dans des zones de végétation similaires sur d’autres chaînes de montagnes à l’extérieur de Bornéo, ou à des altitudes plus basses dans des régions tempérées, et sont arrivées au moyen de longues dispersions de la distance. (Notez que les zones de végétation sur les chaînes de montagnes sont généralement à des altitudes plus élevées que sur les montagnes isolées, en raison de la rétention de chaleur et de l’ombrage du vent.) La plupart de ces lignées d’immigrants ont ensuite subi une spéciation locale. L’histoire évolutive de la biodiversité du mont Kinabalu illustre les interactions entre la dispersion, l’adaptation et la spéciation dans la création de la biodiversité des montagnes.

Enfin, l’analyse des auteurs montre un rôle prépondérant pour le conservatisme de niche (la tendance des organismes à maintenir leurs préférences environnementales par rapport au temps d’évolution). Ce résultat est évident tant pour les immigrants que pour les lignées locales qui ont donné naissance à la biodiversité du mont Kinabalu. La plupart des espèces ancestrales étaient déjà adaptées aux conditions fraîches, que ce soit dans les régions tempérées ou dans d’autres habitats montagneux. Même les lignées qui montaient le mont Kinabalu restaient souvent dans la même zone végétale largement définie. Le conservatisme de niche et la préadaptation montrés pour les habitants de cette montagne tropicale sont en ligne avec les résultats précédents à travers l’hémisphère méridional 5 et avec les modèles observés de mouvement des plantes dans les environnements froids autour du monde.

L’étude de Merckx et de ses collègues fournit ainsi un exemple classique de la manière dont la biodiversité provient de l’interaction entre la dispersion à longue distance et le recrutement local, suivi de l’adaptation et de la spéciation par l’interaction avec les changements du paysage, du climat et de l’environnement. Ses limites sont partagées avec d’autres études fondées sur les organismes vivants et la répartition actuelle des espèces. Les études biologiques n’échantillonnent qu’une fraction de la biodiversité totale d’un écosystème, et les grands organismes présents dans des sites facilement accessibles sont généralement surreprésentés. En outre, les estimations des événements de spéciation, de l’histoire géographique et du conservatisme de niche obtenus à partir d’arbres phylogénétiques sont sujettes à de grands intervalles d’erreur et à de nombreuses hypothèses, et ignorent largement les effets confusionnels de l’extinction. L’intégration de données récentes et antérieures (à partir de l’ADN, de fossiles et autre) pourrait remédier à ces insuffisances, mais ces données sont encore rares ou difficilement disponibles.

Selon le biologiste Alexandre Antonelli, l’application de l’approche communautaire de Merckx et de ses collègues à d’autres systèmes dans le monde pourrait être très bénéfique. En plus d’accroître les connaissances fondamentales de la diversité et des modèles de répartition des espèces, de telles études éco-évolutives permettraient de comprendre pourquoi certaines régions sont beaucoup plus riches en biodiversité que d’autres. Une meilleure compréhension du passé pourrait également, du moins dans une certaine mesure, aider à gérer le présent et à prédire l’avenir. En prenant les changements climatiques comme exemple, les études sur l’évolution peuvent aider à mieux comprendre la résistance des espèces et des écosystèmes. Ils peuvent également aider à déterminer le rôle des montagnes comme réservoirs potentiels de biodiversité, car les espèces montagnardes doivent se déplacer sur de courtes distances seulement pour conserver leur niche préférée. Enfin, le biologiste conseil de consacrer plus de ressources à la préservation des corridors naturels qui relient les zones de végétation le long des pentes altitudinales si les scientifiques veulent protéger les échanges biotiques signalés par Merckx et ses collègues, et ainsi renforcer la protection de la biodiversité montagneuse unique et riche du monde.

Article source :

https://www.nature.com/articles/nature14645

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