Relation alimentation-taille trouvée à travers le temps, plusieurs groupes de vertébrés

Cela fait plusieurs décennies que les écologistes ont réalisé que la représentation graphique de la relation alimentation-taille des mammifères terrestres donne une courbe en forme de U lors de l’alignement de ces mammifères sur un gradient plante-protéine. Comme l’illustre cette courbe, les herbivores herbivores à l’extrême gauche et les carnivores carnivores à l’extrême droite ont tendance à atteindre des tailles beaucoup plus grandes que celles des omnivores tout-consommateurs et des invertivores mangeurs d’invertébrés au milieu.

À ce jour, cependant, pratiquement aucune recherche n’avait recherché le modèle au-delà des mammifères ou de l’époque moderne. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université du Nebraska-Lincoln et d’institutions sur quatre continents ont conclu que le schéma remonte en fait à des temps profonds et s’applique aux oiseaux terrestres, aux reptiles et même aux poissons d’eau salée.

Mais l’étude suggère également que les extinctions liées à l’homme des plus grands herbivores et carnivores perturbent ce qui semble être une caractéristique fondamentale des écosystèmes passés et présents, avec des conséquences potentiellement imprévisibles.

“Nous ne savons pas ce qui va se passer, car cela ne s’est jamais produit auparavant”, a déclaré Will Gearty, chercheur postdoctoral au Nebraska et co-auteur de l’étude, publiée le 21 avril dans la revue Écologie de la nature et évolution. “Mais parce que les systèmes sont dans ce qui semble être un état très stable depuis très longtemps, cela concerne ce qui pourrait arriver lorsqu’ils quitteront cet état.”

Taille vers le haut, taille vers le bas

Les histoires évolutives et écologiques des espèces animales peuvent être racontées en partie à travers les influences entrelacées du régime alimentaire et de la taille, a déclaré Gearty. Le régime alimentaire d’une espèce détermine sa consommation d’énergie, qui à son tour stimule la croissance et contribue finalement à dicter sa taille. Pourtant, cette taille peut également limiter la qualité et la quantité de nourriture disponible pour une espèce, même si elle fixe des seuils pour la qualité et la quantité nécessaires à la survie.

“Vous pouvez être aussi grand que votre nourriture vous le permettra”, a déclaré Gearty. “En même temps, vous êtes souvent aussi gros que nécessaire pour attraper et transformer votre nourriture. Il y a donc une interaction évolutive là-bas.”

Parce que le régime alimentaire des herbivores à base de plantes est relativement pauvre en nutriments, ils deviennent souvent massifs pour couvrir plus de terrain pour chercher plus de nourriture – et accueillir des voies digestives longues et complexes qui en extraient un maximum de nutriments. Les carnivores, quant à eux, doivent devenir suffisamment grands pour suivre et éliminer ces herbivores. Bien que le menu de style buffet des omnivores leur garde généralement l’estomac plein, leurs besoins énergétiques élevés les laissent généralement se concentrer sur les noix, les insectes et d’autres petits aliments riches en énergie. Et tandis que les invertivores apprécient principalement les proies riches en protéines, la nature minuscule de ces proies, combinée à la concurrence féroce de nombreux autres invertivores, les relègue aux plus petites tailles de toutes.

Le résultat ultime : une distribution en forme de U des tailles corporelles moyennes et maximales chez les mammifères. Pour analyser la généralisabilité de ce modèle à l’époque moderne, l’équipe a compilé des données de taille corporelle pour un grand nombre d’espèces survivantes : 5 033 mammifères, 8 991 oiseaux, 7 356 reptiles et 2 795 poissons.

Bien que le modèle soit absent chez les mammifères marins et les oiseaux de mer, probablement en raison des exigences uniques de la vie dans l’eau, il est apparu dans les autres groupes de vertébrés – reptiles, poissons d’eau salée et oiseaux terrestres – examinés par l’équipe. Le modèle s’est même maintenu dans divers biomes – forêts contre prairies contre déserts, par exemple, ou l’océan Atlantique tropical contre le Pacifique Nord tempéré – lors de l’analyse des mammifères terrestres, des oiseaux terrestres et des poissons d’eau salée.

“Montrer que cela existe dans tous ces différents groupes suggère que c’est quelque chose de fondamental sur la façon dont les vertébrés acquièrent de l’énergie, comment ils interagissent les uns avec les autres et comment ils coexistent”, a déclaré la co-auteure Kate Lyons, professeure adjointe de sciences biologiques au Nebraska. . “Nous ne savons pas si c’est nécessaire – il pourrait y avoir d’autres façons d’organiser les communautés de vertébrés en ce qui concerne la taille corporelle et l’alimentation – mais c’est certainement suffisant.”

Mais les chercheurs souhaitaient également savoir combien de temps la courbe en U pouvait avoir duré. Ils ont donc analysé les archives fossiles de 5 427 espèces de mammifères, dont certaines remontent au début du Crétacé il y a 145 à 100 millions d’années. Lyons et ses collègues ont initialement collecté les données fossiles dans le cadre d’une étude de 2018 sur l’extinction des grands mammifères aux mains des humains et de leurs ancêtres récents.

“À ma connaissance, il s’agit de l’enquête la plus approfondie sur l’évolution de la taille corporelle et en particulier du régime alimentaire chez les mammifères au fil du temps”, a déclaré Gearty.

Il a révélé que la courbe en U remonte à au moins 66 millions d’années, lorsque les dinosaures non aviaires venaient d’être anéantis, mais que les mammifères devaient encore se diversifier dans la classe animale dominante qu’ils sont aujourd’hui.

“C’est vraiment intéressant et vraiment frappant”, a déclaré Gearty, “de voir que cette relation persiste même lorsque vous avez d’autres animaux dominants autour.

“Nous soupçonnons qu’il existe réellement depuis la création des mammifères en tant que groupe.”

La forme des choses à venir

Après avoir catalogué le présent et le passé de la courbe en U, Gearty, Lyons et leurs collègues se sont tournés vers son avenir, ou son absence potentielle. La taille médiane des herbivores et des omnivores a chuté d’environ 100 fois depuis l’émergence des Néandertaliens et Homo sapiens au cours des dernières centaines de milliers d’années, a rapporté l’équipe, la taille des carnivores ayant chuté d’environ 10 fois au cours de la même période. En conséquence, la courbe en U qui persiste depuis si longtemps a commencé à s’aplatir sensiblement, a déclaré Gearty.

Dans cette veine, l’équipe a prévu plus de 50% de chances que plusieurs mammifères de grande et moyenne taille – y compris le tigre et le rhinocéros de Java, qui comptent tous deux les humains comme leurs seuls prédateurs – disparaissent dans les 200 prochains années. Ces extinctions prévues ne feraient qu’exacerber la perturbation de la courbe en U, ont déclaré les chercheurs, en particulier dans la mesure où la perte de grands herbivores pourrait déclencher ou accélérer la perte des grands carnivores qui s’en nourrissent.

“Il est certainement possible qu’en retirant certains de ces animaux du haut (de la courbe en U) et en réduisant certaines de ces gammes de tailles corporelles, nous modifions la façon dont l’énergie est répartie”, a déclaré Gearty. mentionné. “Cela pourrait peut-être avoir des répercussions fondamentales sur l’environnement et l’écosystème dans son ensemble.”

Il est également possible, ont conclu les chercheurs, que le déclin à venir de la taille corporelle des mammifères dépasse même la baisse sans précédent observée au cours des dernières centaines de milliers d’années.

“Vous continuez à voir, dans la littérature écologique, des gens spéculer sur la façon dont les écosystèmes sont moins stables maintenant, moins résilients et plus susceptibles de s’effondrer”, a déclaré Lyons. “Je pense que c’est juste une autre source de preuves suggérant que cela pourrait effectivement être le cas à l’avenir.”

Gearty et Lyons ont rédigé l’étude avec Robert Cooke, du UK Centre for Ecology & Hydrology; Amanda Bates, de l’Université de Victoria (Canada) ; Abbie Chapman, de l’University College de Londres ; Jillian Dunic, de l’Université Simon Fraser (Canada) ; Graham Edgar et Rick Stuart-Smith, de l’Université de Tasmanie (Australie) ; Jonathan Lefcheck, du Smithsonian Environmental Research Center ; Craig McClain, du Consortium marin des universités de Louisiane ; et Gil Rilov, d’Israel Limnological and Oceanographic Research.