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Les extinctions de masse

Adapté de Iurii Kovalenko.

Des extinctions de masse supplémentaires (II)

Dans une étude publiée dans la revue "Nature" en 2020, Jennifer F. Hoyal Cuthill de l'Université d'Essex et ses collègues ont étudié les extinctions de masse et leurs conséquences sur la prolifération de nouvelles espèces depuis le Phanérozoïque.

De nombreuses études ont montré que l'extinction des dinosaures à la limite C/Pg (anciennement la limite C/T) offrit l'opportunité à de nouvelles espèces dont des mammifères de coloniser les niches abandonnées par les reptiles géants et d'évoluer jusqu'à l'apparition des humains. En d'autres termes, sans cette "destruction créatrice", nous ne serions peut-être pas ici pour discuter de cette question (mais peut-être bien un des dinosauroïdes de Dale Russell, cf. SETI).

La destruction créatrice est au coeur des concepts classiques de la théorie de l'évolution. Il y a un consensus autour de l'idée qu'il existe des périodes au cours desquelles de nombreuses espèces disparaissent soudainement et de nombreuses nouvelles espèces apparaissent tout aussi soudainement. Cependant, ce que Cuthill et ses collègues appellent les radiations de masse ou rayonnements d'une échelle comparable aux extinctions de masse, ont fait l'objet de beaucoup moins d'analyses que les évènements d'extinction.

Pour analyser ces radiations de masse, les chercheurs ont exploité une méthode d'apprentissage automatique fondée sur l'intelligence artificielle et fournit au système les données de 171231 espèces du Phanérozoïque représentant 1.3 million d'enregistrements. Ils ont ensuite comparé les perturbations macroévolutionnaires en utilisant des mesures indépendantes des tendances séculaires de la diversité.

Les résultats de leur analyse suggèrent que la destruction créatrice n'est pas une bonne description de l'origine ou de l'extinction des espèces au Phanérozoïque. Les chercheurs suggèrent que beaucoup de périodes remarquables de rayonnement évolutif se sont produites lorsque la vie est entrée dans de nouvelles ères évolutionnaires et écologiques, comme lors de l'explosion du Cambrien. En revanche, on ne sait pas si cela s'applique également aux 3 milliards d'années antérieures dominées par les micro-organismes car la rareté des fossiles n'a pas encore permis de réaliser une analyse similaire.

Grâce à l'intelligence artificielle, parmi les 5% de périodes de perturbation les plus significatives, les chercheurs ont identifé "les cinq principales extinctions de masse, mais également sept extinctions de masse supplémentaires, deux évènements combinés d'extinction de masse-rayonnement et quinze radiations de masse".

Étonnement, contrairement aux études précédentes soulignant l'importance des radiations évolutives post-extinction (cf. P.M. Hull et al., 2015, G.G. Simpson, 1944), Cuthill et ses collègues ont constaté que les radiations et les extinctions de masse les plus comparables (telles que l'explosion du Cambrien et l'extinction de masse à la fin du Permien) sont généralement découplées dans le temps, réfutant toute relation causale directe entre elles.

A gauche, l'explosion du Cambrien (< 550 Ma). Au centre et à droite, deux scènes typiques de la faune exubérante retrouvée dans les schistes de Burgess en Colombie Britannique (Canada) mettant à l'avant-plan l'extraordinaire Anomalocaris, le plus grand prédateur de son époque. A gauche, deux aspects de l'Anomalocaris nageant en pleine eau. Près du sol, un Opabinia muni de 5 yeux est une espèce proche de l'Anomalocaris. Plus près de nous un Leanchoilia dont un second exemplaire nage en pleine eau et un Marrella, l'arthropode des mers rampant sur le sol. A droite, un Anomalocaris a capturé un trilobite et le conduit à sa bouche circulaire grâce à ses deux appendices. Devant lui un Opabinia. Au sol évoluent deux Marella. Près d'eux nous trouvons un Wiwaxia, un Hallucigenia et un Asheaia lobopodan. Deux autres organismes fixes se partagent la scène : une éponge bleue Vauxia et un Dinomischus jaune. Documents Alan Kazlev adapté par l'auteur et Nicholnl/WCO/MUOHIO.

Les chercheurs ont également constaté que les radiations évolutives peuvent en fait provoquer des changements majeurs dans les écosystèmes existants, une idée que les auteurs appellent la "création destructive". Ils ont constaté que pendant le Phanérozoïque, le nombre d'espèces évolua en dents de scie, disparaissant en moyennne tous les 18.6 millions d'années. Mais lors d'extinctions de masse ou de radiations évolutives, ce taux de renouvellement est beaucoup plus élevé. Ainsi, durant le quaternaire ce taux était en moyenne de 11 millions d'années.

Cela donne une nouvelle perspective sur la façon dont la 6e ou plutôt la 7e extinction moderne se produit. La période quaternaire qui commença il y a 2.5 millions d'années, avait été témoin de bouleversements climatiques répétés, y compris des alternances dramatiques de glaciation, des périodes où les régions de haute latitude étaient couvertes de glace (3000 m d'épaisseur de glace au Canada, 1000 m en France). Cela signifie que l'actuelle extinction érode une biodiversité déjà perturbée. Selon les chercheurs, il faudra au moins 8 millions d'années pour qu'elle revienne à la moyenne à long terme de ~19 millions d'années. Selon Cuthill, "chaque extinction qui se produit sous nos yeux efface une espèce, qui peut avoir existé depuis des millions d'années, ce qui rend plus difficile le processus normal de "création de nouvelles espèces" pour remplacer ce qui est perdu."

La charge de carbone

Les chiffres ne mentent pas : le monde se dirige vers une 7e extinction de masse et le point de non retour est prévu vers 2100. Telle est la conclusion étonnante à laquelle est parvenu le géophysicien et mathématicien Daniel Rothman du MIT dans un article publié dans la revue "Science Advances" en 2017 (à l'époque il évoquait une 6e extinction mais comme nous l'avons expliqué cette dernière fut découverte en 2019. On considère donc qu'il évoque la 7e extinction).

Le cycle du carbone terrestre.

Rothman qui fut récompensé en 2015 pour son analyse mathématique du cycle du carbone, entreprit d'analyser les données disponibles concernant les cinq extinctions de masse et les combina aux résultats d'une modélisation climatique d'aujourd'hui afin d'en tirer des conclusions pour le futur. Son étude mérite d'être décrite car elle met en lumière une contribution aux extinctions de masse dont l'effet futur est inattendu.

En commençant son étude, Rothman a fait l'hypothèse que toute extinction de masse serait caractérisée par une perturbation majeure du cycle de carbone normal terrestre. Une autre condition est l'échelle de temps : les perturbations du carbone et donc les extinctions, se sont déroulées sur des milliers voire des millions d'années.

Rothman a voulu savoir comment les mathématiques pouvaient décrire des évènements de cette ampleur en utilisant les variables des conditions actuelles où on observe une accumulation rapide de carbone qui a commencé très récemment en terme biologique et géologique.

Mais est-il tout d'abord réaliste de comparer des catastrophes écologiques majeures du passé qui se sont déroulées sur des périodes très étendues aux évènements qui se produisent aujourd'hui et échelonnés sur seulement un peu plus d'un siècle ? A cette question Rothman a répondu : "je me suis assis un jour d'été et j'ai essayé de réfléchir à la façon dont on pourrait s'en occuper systématiquement."

Il a donc commencé par classer les évènements liés au changement de concentration de carbone à long ou à court terme. Ensuite, il a parcouru des centaines de documents géochimiques pour trouver des traces de grandes perturbations du cycle du carbone terrestre. Il les a ensuite identifiées en mesurant les changements apparus dans l'abondance relative des deux isotopes du carbone-12 et du carbone-13. Pour chaque variation de rapport isotopique, il nota également la durée de l'évènement, exprimée en unité de temps qu'il fallut pour que le cycle du carbone revienne à l'équilibre.

Finalement, Rothman trouva 31 évènements correspondant à ses critères parmi lesquels les cinq extinctions de masse. Il fallut ensuite identifier les conditions caractérisant la vingtaine d'extinctions liées à des changement non catastrophiques du taux de carbone.

En résumé, Rothman développa une équation décrivant la masse totale de carbone qui fut ajoutée aux océans à chaque extinction. Il est alors devenu évident que ce changement dépendait d'un seuil que le système n'aimait pas franchir. La question était alors de comprendre ce que cela signifiait.

Selon Rothman, quatre extinctions de masse dépassaient le seuil, le plus grand écart du rapport isotopique du carbone s'étant produit lors de l'extinction du Permien.

En tenant compte de cette donnée, Rothman modélisa le cycle du carbone comme étant en interaction cyclique avec la photosynthèse et la respiration et en tenant compte d'une variable de "fuite" : une certaine proportion de la masse totale de carbone s'est échappée au fil des années et fut séquestrée en grande partie dans le plancher océanique, s'éliminant efficacement de l'équation. A titre d'information, de nos jours environ 150000 gigatonnes de carbone sont ainsi stockés dans les sédiments au fond des mers.

A gauche, les roches sédimentaires de Meishan dans la province de Sichuan dans le sud de la Chine contiennent les signatures d'une perturbation du cycle du carbone précédant immédiatement la plus grande extinction de masse que connut la Terre. Document Shuzhong Shen. A droite, les lits du Permien-Trias découverts à Meishan. Document Shuzhong Shen adapté par l'auteur.

Le point critique de ce modèle est donc le taux auquel le carbone (comme le dioxyde de carbone) entre dans le système et le taux auquel il en sort à travers la séquestration. Selon Rothman, si l'écosystème global de la planète ne peut pas s'adapter suffisamment vite au changement, alors l'augmentation du taux de carbone atteint un excès et franchit le seuil de non retour pendant de longues périodes de temps. En revanche, sur des périodes plus courtes, le taux d'excès de production de carbone n'a pas d'importance. Dans ce cas, l'ampleur globale du changement joue un facteur déterminant.

Dans les circonstances actuelles, Rothman conclut que le seuil prélude à une 7e extinction sera franchi lorsque la quantité de carbone absorbée par les océans - une quantité supérieure au seuil de fuite du carbone séquestré - atteindra 310 gigatonnes. Selon les experts du climat du GIEC, les simulations prédisent que d'ici 2100 la charge de carbone net de l'océan augmentera à hauteur de 300 gigatonnes. Pire, tout autre scénario aboutit à des valeurs sensiblement supérieures. Ainsi, selon la thèse publiée en 2019 par une équipe de chercheurs australiens du Breakthrough National Centre for Climate Restoration (11 pages à télécharger en PDF), en raison du changement climatique, l'humanité pourrait disparaitre en 2050. Heureusement qu'ils l'ont mis au conditionnel car personne ne croit sérieusement à leur thèse catastrophiste. En revanche, elle peut donner matière à réfléchir à nos politiciens.

Pour sa part, Rothman précise que si le seuil de l'extinction majeure est atteint, la catastrophe ne se déroulera pas soudainement en l'an 2101. Au lieu de cela, le processus pourrait prendre jusqu'à 10000 ans.

Mais comme il le souligne, même si la catastrophe ne survient pas demain, ce n'est pas un prétexte pour ne pas réagir dès aujourd'hui; on connait le risque, on peut donc y remédier. "Si on laisse le cycle du carbone sans contrôle, il va se transformer en un royaume qui ne restera plus longtemps stable et qui se comportera d'une manière difficile à prédire. Dans le passé géologique, ce type de comportement fut associé à une extinction massive." A nous de prendre les bonnes décisions pour éviter ce scénario catastrophe.

Une extinction pour cause naturelle

Bien que nous connaissons plus ou moins les causes des principales extinctions de masse, pourrait-on les expliquer par des causes naturelles, c'est-à-dire sans faire appel à une catastrophe globale ? Peut-on par exemple les expliquer comme une lutte pour la survie ou un coup de mal chance, ou les deux ?

Nous savons que la compétition joue un rôle majeur dans l'évolution ou la disparition des espèces. Nous savons également que l'interaction entre prédateurs et proies par exemple s'équilibre par rétroaction. En d'autres termes dans un milieu aux conditions de vie limitées, chaque espèce doit faire des concessions et restreindre son biotope ainsi que sa population si chacune veut survivre. Mais la chance joue également un rôle. Une espèce en nombre réduit à moins de chance de survivre à un incendie ou une maladie qui décimera peut-être l'espèce comme nous en avons eu de nombreux exemples au cours du XIXe siècle.

Les extinctions de masse

Extinction normale ou massive, selon le paléontologue David Raup, quatre espèces disparaissent en moyenne chaque année. Aujourd'hui le taux d'extinction est de 10000 espèces par jour, soit 120000 fois plus rapide. A ce rythme, les paléontologues David Raup et Richard Leakey parmi d'autres spécialistes pensent qu'en entraînant la biodiversité vers un seuil intolérable, bientôt nous assisterons à la 6e extinction... dont l'Homo sapiens sera aussi la victime. Ainsi que le disait avec humour un chercheur, “ en première approximation la vie n'existe pas sur Terre”.

Ce graphique représente l'aptitude à survivre au cours de l'évolution des espèces en fonction des taux de mortalité (m) et de reproduction (r) qui varient en fonction des ressources disponibles (K). Chaque plateau représente un état stationnaire et signifie que la population a atteint un maximum, l'écosystème est saturé lorsque m=r. Document T.Lombry basé sur I.Prigogine/I.Stengers, “La nouvelle alliance”, Gallimard-Folio, 1986, p251.

Mais comment expliquer les extinctions de masse ? L'inadaptation, un mauvais gène, n'est pas seul responsable de l'extinction d'une espèce. Le hasard dirige l'extinction ainsi que les paléontologues David Raup et Stephen Gould l'ont expliquéi.

Les extinctions massives ne sont pas des extinctions “normales” à grande échelle. Prenons les dinosaures, ces "terribles sauriens". Certaines espèces ont régné durant des dizaines de millions d'années ! On peut donc dire sans se tromper qu'elles étaient adaptées à leur milieu. Plus diversifiées que jamais, elles ont pourtant été soufflées en un instant. Après chaque désastre, une espèce différente a recolonisé la niche laissée vide : aucune espèce ne semble donc supérieure aux autres... à une époque donnée, les unes sont simplement plus adaptées que les autres ou ont eu la chance d'émerger au bon endroit au bon moment.

Courbe des espèces éteintes

Tout au long de l'éon Phanérozoïque, c'est-à-dire les derniers 541 millions d'années caractérisés par une vie marine à squelette externe, la Terre connut au moins 5 extinctions massives, dans le sens ou plus de la moitié de toutes les espèces ont disparu. Eu égard à la rapidité de ces extinctions qui se sont produites en l'espace de quelque 5 millions d'années, l'hypothèse retenue tient compte d'un évènement global. Toutefois, les mécanismes qui ont conduit à ces fatalités restent aujourd'hui en grande partie inconnus, à peine suggère-t-on l'impact d'un astéroïde dans le cas de l'extinction des dinosaures (5). Document Peter.D.Ward/LLNL

Selon Raup, les extinctions de masse ne sont pas ressenties au cours du temps comme la sélection naturelle. La vie moyenne dans l'espace, au regard des traces fossiles, est de 4 millions d'années, tandis que les grandes extinctions se produisent en moyenne tous les 26 millions d'années.

Pour Gould[2] plusieurs hypothèses se présentent. Soit les extinctions sont provoquées par des facteurs extérieurs aux facultés d'anticipation des organismes, soit le hasard joue un rôle déterminant. Dans ce cas les grandes extinctions dépendent de facteurs nouveaux et inconnus qui n'obéissent pas aux mêmes lois que celles qui régissent la compétition en temps normal. En fait, il semble que lors des grandes extinctions, la compétition entre les espèces au sens darwinien est temporairement suspendue au profit de règles différentes face auxquelles les espèces ne sont pas préparées.

A télécharger : openModeller - MaxEnt

Logiciels basés sur la théorie de l'information simulant la distribution des populations

Relation espèce-superficie et espèce-latitude

A gauche, la relation espèce-superficie des poissons vivants dans les lacs du Québec et d'Ontario. Document non publié de Jake Vander Zenden/Redpath Museum McGill. A droite, la relation espèce-latitude. Appliquée à la fois aux forêts tropicales morcelées, aux réserves naturelles et aux zones envahies par les eaux suite à l'érection d'un barrage par exemple, la relation espèce-superficie suit une courbe asymptotique, isolant les espèces de leur écosystème original. On constate que dans les zones morcelées, en l'espace de quelques années la diversité chute au point de disparaître si la superficie se réduit à une peau de chagrin et les animaux trop petits pour passer d'un ilôt à l'autre pour survivre.

Enfin, on ne pas ignorer une cause extérieure et notamment d'origine astronomique qui reste toujours à démontrer. Nous développerons cette hypothèse parmi d'autres théories alternatives dans l'article consacré à l'extinction des dinosaures.

L'anthropocène ou l'époque où l'Homme est devenu une force de la nature

Aujourd'hui, nous devrions appeler notre époque contemporaine, non pas l'ère post-moderne, post-atomique ou la qualifier de n'importe quel autre nom flatteur mais la considérer comme l'ère de l'Homme, l'anthropocène, car notre incidence sur le monde est très importante et souvent néfaste pour la nature.

Quand on constate à quel taux se dégrade la biosphère, il est regrettable qu'on ne puisse appliquer les mêmes règles au comportement irresponsable des humains ! En effet, l'Homme fait partie de la nature mais aujourd'hui il est devenu une force de la nature avec toutes les conséquences négatives que cela sous-entend : aujourd'hui comme au Permien ou au Crétacé, ce n'est plus la nature mais l'Homme qui produit un impact majeur et rapide sur la biosphère en provoquant non seulement un changement climatique global mais en étant l'auteur de la plus rapide disparition des espèces que la Terre ait jamais connu; l'Homme est devenu le grand Exterminateur !

Aujourd'hui, le taux d'acidification des océans est le même qu'au Permien ! Nous avons expliqué à propos de la biodiversité que nous avons perdu plus de 50% des espèces de poissons et 10% de celles que nous mangeons... En 200 ans, l'Homme a provoqué la disparition de 25% des mammifères, 20% des reptiles et globalement de 75% des espèces vivantes ! On peut également ajouter que l'homme occidental a même détruit 50% de son propre microbiote, celui-là même qui le maintient en bonne santé au même titre que ses défenses immunitaires ! Globalement, ce taux d'extinction est 12 fois plus rapide que le taux naturel ! Sur base de l'histoire de la Terre on peut donc imaginer que nous assistons à une nouvelle extinction massive mais cette fois elle pourrait entraîner ... la disparition de l'Homme !

L'homme, un superprédateur à la conquête du monde.

A l'heure actuelle l'Homme consomme 40% de la production primaire de la Terre (énergie de photosynthèse moins l'énergie consommée par les plantes). Toutes les autres espèces qui se comptent par dizaines de millions doivent ainsi se partager ce qui reste pour survivre.

L'Homme n'est pas un “bon sauvage” comme le pensait Jean-Jacques Rousseau. Selon Richard Leakey[3], "il est devenu indéniable ces dernières années que l'apparition de Homo sapiens a laissé une marque indélébile surle reste de la nature, et peut-être dès son origine ... Les humainscausent des dégâts sur le monde dont ils sont issus de nombreuses façons".

Au Pléistocène (110000-35000 ans), du fait des hommes plus de 60 espèces de grands mammifères ont disparu en Amérique du Nord et plus encore dans le sud du continent : disparition du mamouth, du dinotherium, de l'ours, du lion, etc. Oui, l'homme est bien devenu un superprédateur depuis qu'il a conquis le monde...

Chasseur accompli, on estime que les Homo sapiens comptaient quelque 600000 individus lorsqu'ils atteignirent le golfe du Mexique. Les animaux, non accoutumés aux modes de vie de ce nouveau prédateur, moururent pour la plupart sans se défendre. Ce n'est pas un facteur extraterrestre ou climatique qui décima ces populations. Les végétaux sont demeurés abondants après la disparition de ces animaux tandis que le climat s'était adouci. De plus, aucune extinction n'a été constatée lors des glaciations et périodes interglaciaires antérieures. Le responsable de cette hécatombe semble bien être l'homme qui détruisit l'habitat des espèces animales et les chassa. On peut même se demander si les premiers Homo sapiens ne sont pas responsables de l'extinction des espèces humaines concurrentes. On y reviendra.

Selon Paul Martin[4], le même évènement s'est produit en Australie il y a 60000 ans, en Amérique du Nord il y a 10000 ans et en Nouvelle Zélande il y a environ 1000 ans.

L'arrivée de l'être humain fit des dégâts similaires dans l'archipel d'Hawaï, aux Galapagos... Si l'évolution à la Darwin est réconfortante, on découvre aujourd'hui que cette conception est anthropocentrique, insuffisante et fausse.

L'évolution n'a jamais été graduelle, allant du simple au complexe. Pendant la plus grande partie de son existence, la Terre n'abritait que des êtres unicellulaires. Puis soudain, il y a 540 millions d'années, il y eu l'explosion du Cambrien, une explosion biologique sans précédent qui donna naissance aux métazoaires.

Ponctuée par des changements rapides et explosifs, la vie semblait garder une direction déterminée. Or, on découvre aujourd'hui qu'à l'horizon rien de précis se dessine. Au jeu de la loterie de la vie, nous aurions pu perdre cent fois et ne laisser aucune trace de notre passage. Il semble aujourd'hui que l'homme soit apparu sur Terre par hasard et non de manière déterminée, en raison d'une nécessité immanente ou d'une contingence divine que rien ne vient démontrer. Pire, au cours des extinctions de masse qui ont ponctué le passé, jusqu'à 75% des espèces existantes ont été anéanties. Cela devrait relativiser la vanité de certains d'entre nous qui  voudraient porter la spiritualité du monde sur leurs épaules; nous sommes poussière et retournerons à la poussière, et en toute probabilité, sans espoir de lendemain. Nous avons même toutes la (mal)chance de précipiter cette catastrophe si nous ne changeons pas rapidement de style de vie.

Dernière partie

Quand l'humanité manqua de disparaître

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[2] S.J. Gould, Natural History, aug. 1984, “The cosmic Dance of Siva”, p18.

[3] R. Leakey/R.Lewin, “La 6e extinction”, Flammarion, 1997, p224.

[4] P. Martin, “Quaterny Extinctions : a prehistoric revolution”, University of Arizona Press, 1984, p384.


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