La variabilité climatique pourrait ne pas entraîner autant de changements évolutifs qu’on le pensait


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  • Une nouvelle étude combinant des données climatiques avec des archives fossiles de grands mammifères qui ont vécu à travers l’Afrique au cours des 4 derniers millions d’années met en doute une hypothèse de longue date selon laquelle les changements répétés du climat ont agi comme des moteurs majeurs du changement évolutif chez les mammifères, y compris les ancêtres humains.

    Publié dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciencesl’étude donne une synthèse de la variabilité environnementale à l’échelle du continent africain au cours du Plio-Pléistocène, une période de l’histoire de la Terre qui s’étend sur environ les 5 derniers millions d’années et comprend la dernière période glaciaire il y a environ 20 000 ans.

    L’étude révèle que la variabilité environnementale pendant cette période reflète les changements d’orbite et d’orientation de la Terre par rapport au soleil, comme prédit par un phénomène naturel connu sous le nom de cycles de Milankovic. Ces cycles exposent notre planète à une intensité variable du rayonnement solaire, ce qui entraîne des effets cycliques bien documentés sur le climat de la Terre à différentes fréquences.

    Les chercheurs ont observé une tendance à long terme à l’augmentation de la variabilité environnementale à travers l’Afrique, attribuable aux variations du volume global de glace et de la température des océans. Les résultats n’ont cependant pas révélé de corrélation significative entre la variation environnementale et les taux d’origine ou d’extinction des espèces, ce qui suggère que la variabilité environnementale et le renouvellement des espèces ne sont peut-être pas étroitement liés, une notion qui a été largement débattue dans la communauté scientifique.

    L’idée que les tendances à long terme vers un climat plus humide ou plus sec pourraient avoir été un moteur de l’évolution humaine remonte à l’époque de Charles Darwin, selon le premier auteur de l’article, Andrew Cohen, professeur émérite de l’université au département de l’université d’Arizona. des géosciences et le département d’écologie et de biologie évolutive. Un changement majeur est intervenu à la fin des années 1990, avec l’introduction dans la communauté scientifique de l’hypothèse de sélection de la variabilité influente.

    « L’idée ici est que ce n’est pas seulement la direction du changement climatique qui était importante en tant que moteur de la nouveauté évolutive dans la lignée des hominines, mais la variabilité des conditions environnementales et climatiques », a expliqué Cohen. « Alors que nos ancêtres faisaient face à des conditions changeantes, cette hypothèse suggère qu’ils devaient être plus ingénieux et capables de faire face à de nombreuses éventualités différentes, ce qui, à son tour, a conduit à l’apparition de nouvelles espèces tandis que d’autres ont disparu. »

    Dans l’étude actuelle, les chercheurs ont analysé des échantillons prélevés sur des carottes de sédiments provenant de fonds de lacs, de fonds océaniques et d’affleurements terrestres de 17 sites à travers le continent africain et les régions avoisinantes. Les données environnementales ont été obtenues en analysant des enregistrements de pollen, d’algues fossilisées, de poussière, de cires de feuilles, d’isotopes du sol et d’autres propriétés physiques qui fournissent des indices sur les types de végétation et les conditions environnementales sur le site où ils ont été déposés. Pour combiner les données de ces types d’enregistrements très différents et démêler le schéma sous-jacent de la variabilité climatique, Cohen a déclaré que l’équipe devait surmonter un défi majeur : comment quantifier la variabilité et la comparer d’un site d’échantillonnage à un autre.

    « Ce n’est pas anodin parce que vous avez des enregistrements d’une part de choses comme le pollen fossile qui vous disent à quel point la végétation était variable, d’autres vous parlent de l’évolution du niveau des lacs, d’autres encore vous parlent de la poussière soufflée sur l’océan », a-t-il déclaré. mentionné. « Nous avions besoin d’un moyen non seulement de regarder un enregistrement, mais d’empiler tous ces différents types de références qui nous permettent de distinguer le rythme de la variabilité. »

    Pour ce faire, les chercheurs ont développé des méthodes statistiques qui leur ont permis de « comparer des pommes et des oranges », a expliqué Cohen, et ont attribué les points de données des enregistrements climatiques à des « bacs » de périodes comprenant 20 000, 100 000 et 400 000 ans. Une fois que les ensembles de données individuels des scores de variabilité dans chaque classe avaient été standardisés, l’équipe pouvait alors les « empiler » et calculer une quantité moyenne de variabilité pour chaque période.

    Les données climatiques ont ensuite été directement comparées aux archives fossiles de grands mammifères – principalement des bovidés, une famille qui comprend des antilopes et d’autres grands herbivores – d’Afrique de l’Est. Les chercheurs se sont concentrés sur les grands herbivores principalement parce que les fossiles d’ancêtres humains sont trop rares pour être utiles dans une telle approche.

    « Je ne dirai plus que vous pouvez mettre tous (les fossiles d’hominidés) dans une boîte à chaussures, mais ils ne sont toujours pas si courants », a déclaré Cohen, « nous avons donc décidé d’examiner d’autres organismes avec un meilleur registre fossile, parce que il n’y a aucune raison de penser que seuls nos parents les plus proches, nos ancêtres hominidés, devraient être affectés par le changement et la variabilité climatiques.

    « Si la variabilité climatique est un moteur important de l’évolution, elle devrait également être un moteur et l’évolution d’autres grands mammifères », a-t-il ajouté. « Pensez, par exemple, aux ours polaires et à la façon dont ils sont affectés par le changement climatique actuel. »

    Les auteurs ont utilisé une méthode empruntée à la biologie moderne des populations d’animaux sauvages pour expliquer un biais qui a longtemps tourmenté les paléontologues : l’incomplétude inhérente aux archives fossiles, que le deuxième auteur de l’étude, Andrew Du, illustre avec un bloc de fromage suisse. Si l’on devait forer une carotte à travers le fromage, il y aurait des lacunes à partir de l’endroit où la carotte percute un trou dans le fromage. De même, les archives fossiles d’une espèce comportent des lacunes – des périodes où aucun fossile n’a été trouvé – entrecoupées de périodes où il y a des fossiles. Il est donc très difficile d’établir exactement quand une espèce est née dans les archives fossiles et quand elle a disparu.

    Pour contourner cette limitation, Du a appliqué une technique connue sous le nom de capture, marquage et recapture, qui est fréquemment utilisée par les biologistes de la faune lorsqu’ils étudient les populations animales : une fois qu’un animal est capturé, il est étiqueté pour identification et relâché dans la nature. Au cours d’une enquête ultérieure, les scientifiques comparent la proportion d’animaux étiquetés et non étiquetés. En appliquant les statistiques, cela leur permet de se faire une idée de la taille et de la structure de la population dans son ensemble.

    Du, professeur adjoint au Département d’anthropologie et de géographie de la Colorado State University, a expliqué comment la technique fonctionne dans les systèmes fossiles.

    « Disons que nous voyons l’apparition d’une nouvelle espèce dans les archives fossiles au cours de la première période, puis nous trouvons un fossile différent de la même espèce au cours de la deuxième période, nous le manquons au cours de la troisième période, mais nous le revoyons dans le temps. période quatre », a-t-il déclaré. « Ce que cela nous dit, c’est que même si nous n’avons pas vu l’espèce au cours de la troisième période, nous savons qu’elle était là. Cela nous donne une idée de la qualité des archives fossiles au cours de certaines périodes, et nous pouvons en tenir compte. qualité lors de l’estimation des taux de spéciation et d’extinction. »

    La réunion de tous ces ensembles de données a permis aux chercheurs de comparer les modèles de variabilité environnementale et sa relation avec les taux d’origine et d’extinction des espèces de mammifères.

    « Dans l’ensemble, il y a eu une tendance à long terme au cours des 3,5 derniers millions d’années à augmenter la variabilité de l’environnement », a-t-il déclaré. « Cette tendance suit la variabilité croissante du volume global de glace et des températures de surface de la mer autour de l’Afrique. En plus de cela, nous avons trouvé une autre tendance : une fois que nous entrons dans les périodes glaciaires, nous voyons plus de hauts et de bas ; les tremblements deviennent de plus en plus gros et de plus en plus gros, reflétant le cirage et le déclin des calottes glaciaires, et cette variabilité suit les cycles de Milankovic de 400 000 ans. »

    Pendant ce temps, les archives fossiles de l’origine et de l’extinction des espèces parmi les grands herbivores, ainsi que les fossiles d’hominidés, semblent être déconnectées de ces tendances de variabilité climatique. Bien que les auteurs reconnaissent que l’hypothèse de la sélection de la variabilité pourrait toujours être correcte mais fonctionnant à différentes échelles, ils espèrent encourager la communauté scientifique à réfléchir à l’hypothèse de la sélection de la variabilité d’une manière plus critique, « plutôt que de simplement l’accepter comme un principe sous-jacent de comment nous regardons les archives fossiles en Afrique, et en particulier les archives fossiles humaines », a déclaré Cohen.

    « Nous ne disons pas que la variabilité environnementale n’est pas importante pour l’évolution humaine, mais les données que nous avons actuellement compilées sont très incompatibles avec cette idée », a-t-il déclaré. « Si la variabilité environnementale était aussi importante qu’on le prétend, nous nous attendrions à voir cette tendance à long terme d’augmentation de la variabilité se refléter dans le renouvellement évolutif de toutes sortes d’espèces, y compris les hominines, mais nous ne voyons tout simplement pas cela. . »

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