Материал: Christian Lévêque, Jean-Claude Mounolou Biodiversité Dynamique biologique et conservation 2008

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Diversité biologique et fonctionnement des systèmes écologiques

l’on observe en surface sont en réalité dépendantes sur le plan fonctionnel
d’espèces qui vivent dans les sols. La spécificité des interactions
mutualistes semble indiquer que les espèces ne sont pas interchangeables,
y compris au sein d’un même groupe fonctionnel.

5.10 DIVERSITÉ BIOLOGIQUE

ET DYNAMIQUE DE LA BIOSPHÈRE

Pour le monde scientifique qui est cloisonné dans ses disciplines acadé-
miques, le climat fut longtemps le domaine réservé des physiciens et
des chimistes. Mais au cours de ces dernières années force a été de
reconnaître qu’il y a une interaction forte entre le climat et la vie:
le climat influence la vie sur la Terre et la vie, en retour, influence le
climat et de manière plus générale l’environnement global.

5.10.1 Composition de l’atmosphère

La connaissance des interactions entre la biosphère et l’atmosphère est
un élément clé de la compréhension de la dynamique du climat. C’est
également un domaine où l’on a mis en évidence que les activités
humaines sont susceptibles de modifier la composition et la structure de
l’atmosphère, avec des conséquences sur l’évolution du climat à moyen
terme.

La comparaison de l’atmosphère terrestre avec celle de Mars et de

Vénus confirme que la vie a joué un rôle décisif en ce qui concerne la
composition en gaz de l’atmosphère terrestre: la haute teneur en oxygène
et la faible teneur en CO

2

 reflètent l’activité photosynthétique des

bactéries, des algues et des plantes depuis des centaines de millions
d’années.

L’atmosphère primitive il y a 4 milliards d’années ne contenait pas

d’oxygène libre et les principaux gaz constitutifs étaient, d’après nos
connaissances actuelles, le dioxyde de carbone (CO

2

), le monoxyde de

carbone (CO), l’azote (N

2

), la vapeur d’eau, et sans doute l’hydrogène

sulfuré (H

2

S). Cette atmosphère constituait un environnement réducteur

et les premiers organismes vivants (bactéries Procaryotes) étaient donc
anaérobies. L’évolution ultérieure de l’atmosphère se caractérise par
un enrichissement en oxygène. La photosynthèse serait apparue il y a
plus de 3 milliards d’années, probablement chez des cyanobactéries avec
des formes phototrophes capables de fixer à la fois le CO

2

 et l’azote

atmosphérique pour synthétiser leurs propres substances. La transition

5.10  

Diversité biologique et dynamique de la biosphère

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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

d’une atmosphère sans oxygène à une atmosphère riche en oxygène se
situerait aux environs de 2,4 milliards d’années, mais l’accumulation
de l’oxygène dans l’atmosphère est lente. La concentration d’oxygène
a atteint sa valeur actuelle il y a 700 millions d’années. D’une part
cet oxygène est à l’origine de la formation de la couche d’ozone qui
protège la vie des rayonnements solaires ultraviolets. D’autre part il
permet l’apparition de nouveaux types de métabolismes. Les Eucaryotes
tirent partie de cet oxygène-poison en mettant au point un métabolisme
énergétique oxydatif, source considérable d’énergie chimique.

Ces théories donnent une importance considérable au monde vivant:

l’abondance de l’oxygène et la faible teneur en dioxyde de carbone
dans l’atmosphère actuelle sont les résultats de la photosynthèse.

5.10.2 Contrôle de l’évapotranspiration

dans le système sol-plante-atmosphère

Si la répartition des précipitations, des températures et de l’ensoleil-
lement, détermine en grande partie la productivité biologique et la
composition de la biomasse végétale, la couverture végétale intervient
en retour dans le cycle hydrologique.

Là où la végétation est abondante, une grande partie de l’énergie

solaire sert à évaporer l’eau contenue dans les plantes. La transpiration
foliaire des plantes est un mécanisme lié à la photosynthèse. Il se crée
un appel d’eau qui est retransmis le long de la tige et entraîne la succion
et l’absorption de l’eau et des sels minéraux du sol par les racines. L’eau
poursuit son trajet le long de la tige ou du tronc jusqu’aux stomates des
feuilles. L’ouverture des stomates permet à la vapeur d’eau de s’échapper
vers l’atmosphère tout en autorisant la pénétration du CO

2 

atmosphérique.

Cette évaporation de l’eau sert à abaisser la température des plantes.

La transpiration végétale est ainsi un processus de circulation de l’eau

à travers le continuum sol-plante-atmosphère et constitue un élément
clé des bilans hydriques. La végétation arborée permet ainsi à l’atmo-
sphère de communiquer avec les réserves d’eau du sol profond.
L’atmosphère au-dessus d’un couvert végétal sera donc plus humide,
favorisant l’effet de serre nocturne et par voie de conséquence les
précipitations. Tout cela contribue d’ailleurs par rétroaction, à entretenir
des conditions favorables au développement des plantes. Environ la
moitié des précipitations sur les écosystèmes terrestres provient du
recyclage de l’eau par évapotranspiration, c’est-à-dire la combinaison
de l’évaporation physique et de la transpiration biologique.

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Diversité biologique et fonctionnement des systèmes écologiques

5.11 COHÉSION CYBERNÉTIQUE

DES ÉCOSYSTÈMES: LE RÔLE
DES RÉSEAUX DE COMMUNICATION

Messages de reconnaissance entre individus d’une même espèce ou
d’espèces différentes, messages d’agression ou de coopération, de soumis-
sion, de peur ou de colère, ou messages contribuant à l’organisation de
la vie sociale, le monde vivant, on le sait maintenant, est fortement
structuré par un système de communications que l’on a pendant long-
temps ignoré. Si de nombreuses découvertes restent encore à faire, les
résultats obtenus jusqu’ici semblent apporter la preuve que les peuple-
ments ne sont pas seulement des collections aléatoires d’espèces juxta-
posées. Les interactions entre les espèces, qu’elles appartiennent à des
mêmes groupes taxinomiques ou à des groupes différents, se manifestent
sous forme d’une large gamme de signaux qui permettent de maintenir
la cohésion des populations ou des communautés, et/ou de moduler le
comportement et la biologie des espèces.

À la lumière des connaissances nouvelles, l’idée selon laquelle il

existerait un réseau de communications surimposé au réseau de flux de
matière et d’énergie paraît de plus en plus vraisemblable. On peut
parler à ce propos d’une cohésion cybernétique qui tire son origine
du réseau de communication reliant les composantes biotiques d’un
écosystème.

Dans les systèmes aquatiques 

il existe une grande variété de signaux

de communication intra et interspécifiques:

• Les signaux visuels et lumineux sont utilisés dans les eaux suffisamment

claires pour qu’ils soient perçus. Chez de nombreuses espèces de
poissons les parades nuptiales allient le mouvement, la couleur, la
position des partenaires.

• Les signaux chimiques utilisent une grande variété de substances mais

sont relativement lents et non directionnels. On pense néanmoins que
la communication utilisant des médiateurs chimiques fut le premier
moyen d’échanges entre espèces et individu.

• Les signaux électriques: certaines espèces de poissons appartenant

notamment à la famille des Mormyridae emploient un riche répertoire
de signaux électriques. Ils permettent à ces espèces vivant dans des
eaux en général turbides de maintenir des relations sociales élaborées.

• Des signaux sonores et des vibrations sont utilisés par des vertébrés

(poissons mais aussi mammifères aquatiques tels que les baleines) et
les invertébrés. Les sons se propagent plus rapidement dans l’eau

5.11  

Cohésion cybernétique des écosystèmes

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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.

(1 500 m/s) que dans l’air ce qui constitue un bon moyen de commu-
nication à distance lorsque la vision n’est pas possible. En réalité il
semble que les systèmes aquatiques soient bien plus bruyants qu’on
ne le pensait jusqu’à une époque récente.

Chez les végétaux terrestres, comme chez les animaux, les individus

peuvent communiquer entre eux de diverses manières:
• Par l’intermédiaire d’organismes médiateurs tels que les champignons

mycorhiziens qui peuvent établir des liaisons entre les systèmes
racinaires des plantes, les mettant ainsi en communication les unes
avec les autres. Des individus de la même espèce ou de différentes
espèces peuvent être interconnectés. Dans les deux cas des transports
de substances (nutriments minéraux, hydrates de carbone) ont été
mis en évidence.

La communication par substances chimiques

dans les systèmes aquatiques

Au cours de ces dernières années on a beaucoup progressé dans
la connaissance des modes de communication entre organismes
aquatiques à partir de substances chimiques. Au moins quatre grands
types de signaux sont utilisés:

• Des substances d’alarme produites par les tissus des poissons

blessés alertent les congénères et provoquent des réactions de
peur. Des phénomènes similaires ont également été mis en
évidence chez les invertébrés.

• Des répulsifs permettent aux proies de repousser les prédateurs.

De nombreuses algues sont toxiques pour le zooplancton mais
ce dernier peut apparemment reconnaître les algues toxiques et
éviter de les ingérer.

• Des kairomones produites par les prédateurs provoquent en réac-

tion des modifications du comportement, de la morphologie et des
caractéristiques biologiques des espèces proies. De nombreux
travaux ont mis en évidence une influence des substances émises
par les prédateurs (poissons, larves de Chaoborus) sur la morpho-
logie ainsi que sur la taille à maturité et la fécondité des crustacés
planctoniques du genre Daphnia.

• Il existe une grande variété de phéromones pour la reconnais-

sance des partenaires sexuels tant pour les vertébrés que pour
les invertébrés.

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Diversité biologique et fonctionnement des systèmes écologiques

• L’air ou l’eau peuvent également assurer le transfert des éléments

chimiques d’une plante à l’autre. Les végétaux ne peuvent pas fuir
pour échapper aux agresseurs, ce qui ne signifie pas pour autant qu’ils
restent inactifs. Selon des travaux récents, des substances volatiles
d’origine végétale peuvent amener des plantes non infestées à
déclencher des mécanismes de défense quand elles sont à proximité
de plantes infestées. On a montré également que l’attaque par des
herbivores accroît l’émission de composés organiques volatiles qui
attirent les prédateurs vers les plantes infestées, aussi bien en labora-
toire que dans des systèmes agricoles. Autrement dit, ils mobilisent
des «gardes du corps» pour se protéger des prédateurs. De cette
manière un tabac sauvage (Nicotia attenuata) est capable de réduire
de 90% le nombre de prédateurs herbivores. Il reste à comprendre
dans le détail pourquoi et comment des substances volatiles peuvent
être émises par des plantes stressées et comment les plantes saines
utilisent ces informations, mais le phénomène paraît bien établi. Dans
ces conditions, on peut penser que les plantes seraient susceptibles
d’anticiper certains risques grâce à des signaux qui informent le
receveur d’une menace proche.

Les scientifiques s’interrogent déjà sur le rôle que sont susceptibles
de jouer des substances chimiques fabriquées par l’homme ou
leurs produits de dégradation, sur la cohérence cybernétique des
écosystèmes. Peut-il y avoir des composés artificiels qui miment
des substances naturelles ou qui sont susceptibles d’agir sur le
comportement des espèces?