Répartition des espèces et biogéographie

Répartition des espèces

La biogéographie est l’étude de la distribution des espèces dans l’espace géographique et des processus qui façonnent ces distributions. Cette discipline est basée sur l’hypothèse que chaque espèce d’un lieu doit avoir immigré d’une autre zone géographique ou avoir évolué à partir d’une espèce locale. Dans chaque habitat, une variété de facteurs biotiques et abiotiques agissent sur les espèces individuelles pour façonner les taux de naissance, de mortalité, d’immigration et d’émigration. Pour éviter l’extinction locale, les taux de natalité et d’immigration combinés d’une espèce doivent être égaux ou supérieurs aux taux de mortalité et d’émigration. Ces facteurs et d’autres agissent de manière dynamique pour déterminer l’emplacement et la persistance des espèces à travers le monde.

Théorie de la biogéographie insulaire

En 1967, Edward O. Wilson et Robert MacArthur ont étudié et caractérisé la distribution des espèces sur des îles océaniques isolées afin de mieux comprendre ces phénomènes. De telles îles ont fourni un cadre simple pour élaborer les premières théories de la biogéographie, qui continuent d’éclairer la compréhension actuelle de la dynamique des populations aujourd’hui. De plus, ces théories ont été appliquées non seulement aux écosystèmes insulaires, mais aussi à des paysages isolés ou semi-isolés plus complexes, y compris les lacs intérieurs et les forêts fragmentées par l’agriculture. Les théories originales établies par Wilson et MacArthur étaient basées sur des hypothèses sur les habitats insulaires ; À savoir, que le nombre d’espèces sur chaque île est déterminé par les taux globaux de colonisation et d’extinction et que la taille de l’île et la proximité du continent affecteront ces facteurs.

Un principe de la biogéographie insulaire stipule qu’une île plus proche du continent aura un taux de colonisation plus élevé que les sites plus éloignés. Cette prévision est fondée sur l’hypothèse que la partie continentale (ou les zones plus vastes et peuplées) servira de source d’émigration d’individus qui pourraient peupler des endroits non colonisés à proximité. Le processus de colonisation est plus susceptible de se produire sur de courtes distances, car il dépend de la dispersion des organismes. Par exemple, les oiseaux volent d’un endroit à un autre ou les graines peuvent dériver passivement au gré du vent. Cependant, les limites biologiques de la plupart des organismes émigrants ne leur permettent pas de se disperser vers des sites très éloignés.

Les premiers biogéographes ont également constaté que les grandes îles ont tendance à abriter un plus grand nombre d’espèces que les petites îles. Cela est dû à la plus grande quantité de ressources et de niches, ainsi qu’à la plus grande taille de la population que les zones plus grandes peuvent supporter. Avec plus d’individus, le risque d’extinction pour chaque espèce diminue. En général, les grandes populations sont moins susceptibles d’être irréversiblement touchées par des menaces telles que les catastrophes naturelles, les maladies ou la dérive génétique. Cependant, à mesure que le nombre d’espèces dans un habitat augmente, les taux d’extinction globaux augmentent également. Cet effet est en grande partie dû au potentiel accru d’interactions antagonistes, comme la compétition ou la prédation, avec une diversité croissante d’organismes. De plus, l’abondance des espèces entraîne généralement une diminution des ressources disponibles et des niches pour les nouveaux colonisateurs. Par conséquent, chaque zone géographique abritera un nombre limité d’individus et d’espèces.

Équilibre dynamique

Ces résultats prédisent l’établissement d’un équilibre dynamique auquel le nombre d’espèces sur une île se stabilise en raison de taux d’immigration et d’extinction équilibrés. Cet équilibre est influencé par les facteurs propres à chaque emplacement, notamment la taille, les ressources et les espèces présentes. Bien que le nombre total d’espèces puisse rester relativement constant en raison de cet équilibre, on s’attend à ce que la composition spécifique d’un habitat change à mesure que de nouveaux immigrants arrivent et que les anciennes espèces résidentes disparaissent. Étant donné que les grandes îles proches du continent ont le taux d’immigration le plus élevé et le taux d’extinction le plus bas, on prévoit qu’elles abritent le plus grand nombre d’espèces. L’inverse est observé pour les îles plus petites et plus isolées. Pour atteindre l’équilibre, le risque d’extinction augmente et le taux de colonisation diminue à mesure que le nombre d’espèces sur une île augmente. Le point auquel l’équilibre dynamique est atteint peut être tracé comme l’intersection entre le taux de colonisation et le taux d’extinction. Ensemble, ces facteurs déterminent la diversité des espèces qui peuvent être soutenues par chaque habitat.

Grandes applications de la théorie de la biogéographie insulaire

Bien que ces théories aient été établies sur la base d’habitats insulaires, elles ont été testées et soutenues dans un large éventail d’écosystèmes et d’organismes^1-2. Par exemple, les « îles célestes » sont des sommets individuels de montagnes de haute altitude qui contiennent une composition d’espèces distincte. De nombreuses espèces de ces endroits sont incapables de survivre dans les climats de basse altitude, ce qui rend difficile la dispersion entre les sommets des montagnes. Pour des organismes tels que les amphibiens, les plantes et les insectes terrestres à mobilité réduite, ces « îles célestes » sont aussi isolées que de véritables îles océaniques et se comportent selon les théories de la biogéographie insulaire. Il est important de noter que de nombreuses espèces que l’on trouve dans les îles océaniques, les îles célestes et d’autres habitats séparés sont endémiques, ce qui signifie qu’elles ne se trouvent qu’à cet endroit et nulle part ailleurs. Les pressions évolutives spécifiques de ces environnements locaux, associées à leur isolement des populations extérieures, conduisent souvent à la spéciation, ou à l’évolution de nouvelles espèces. Par exemple, les dragons de Komodo et les tortues des Galapagos se sont différenciés de leurs ancêtres continentaux pour former des populations endémiques distinctes. Cependant, ces espèces endémiques sont plus à risque d’extinction que leurs homologues continentales en raison de la taille plus petite des populations et des zones d’habitat plus limitées. La conservation de ces espèces nécessite une compréhension des principes de la biogéographie, de la dynamique de l’habitat et des besoins des populations individuelles^3-4.

Souvent, l’activité humaine réduit la quantité d’habitat convenable ou provoque la fragmentation de l’habitat en sections plus petites et plus éloignées. Dans le but de prévenir l’extinction des espèces, les biologistes de la conservation peuvent tenter de promouvoir artificiellement des taux d’immigration et d’extinction équilibrés. Pour y parvenir, des liens artificiels entre les habitats, appelés corridors, peuvent être construits pour augmenter le mouvement des espèces entre les sites fragmentés et augmenter la superficie globale de l’habitat. Les espèces peuvent également être préservées et protégées dans des réserves naturelles artificielles. Ces mesures correctives nécessitent une compréhension approfondie de la biogéographie, qui continue de façonner la survie, l’emplacement et la conservation des espèces à ce jour.

Références

1. Lavelle, A., et al. (2016). « Biogéographie du côlon dans la santé et la colite ulcéreuse. » Microbes intestinaux 7(5) : 435-442.
2. Lachance, M. A., et al. (2001). « Biogéographie des levures des fleurs éphémères et de leurs insectes. » FEMS Levure Res 1(1) : 1-8.
3. Burns, K. C. (2015). « Une théorie de la biogéographie insulaire pour les espèces exotiques ». Am Nat 186(4) : 441-451.
4. Spatz, D. R., et al. (2014). « La biogéographie des oiseaux de mer menacés à l’échelle mondiale et les possibilités de conservation des îles. » Conserv Biol 28(5) : 1282-1290.

La biogéographie est l’étude de la distribution des organismes dans l’espace géographique et des processus qui façonnent ces distributions. D’une manière générale, la théorie de la biogéographie stipule que toute espèce présente dans un endroit spécifique y a évolué ou s’y est déplacée à partir d’un endroit différent. Si c’est le cas, lorsque ces colonisateurs arrivent à leur nouvel emplacement, les caractéristiques de l’environnement comme la disponibilité de la nourriture et les interactions avec d’autres espèces décideront s’ils établissent une nouvelle population ou s’ils périssent.

La théorie de la biogéographie insulaire a été formulée en 1967 par Edward O. Wilson et Robert MacArthur. Il est basé sur l'hypothèse que le nombre d'espèces sur un site donné est déterminé par les taux de colonisation et d'extinction. La théorie est appelée biogéographie insulaire, car elle a d’abord été utilisée pour expliquer les variations d’un certain nombre d’espèces sur les îles océaniques. Mais la théorie de la biogéographie insulaire peut également être appliquée à la distribution des espèces urbaines dans de nombreux autres types d’habitats non continus, tels que les forêts fragmentées par l’agriculture.

L’une des principales prédictions de la théorie de la biogéographie insulaire est que les îles les plus proches du continent auront un taux de colonisation plus élevé que les îles plus éloignées. C’est tout à fait logique. Si une île est éloignée du continent, il est difficile pour les organismes de s'y rendre physiquement. Deuxièmement, les grandes îles seront généralement en mesure d’abriter plus d’espèces que les petites îles. De plus, avec l’augmentation de la taille des îles, le risque d’extinction d’une espèce diminuerait, car des îles plus grandes peuvent supporter des populations plus grandes et plus robustes de n’importe quelle espèce individuelle, comme cette colonie de lapins en plein essor. D’autre part, le taux d’extinction augmente à mesure que de plus en plus d’espèces distinctes coexistent sur une île, et en termes de statistiques, c’est simplement parce qu’il y a plus de possibilités que des événements d’extinction se produisent. D’un point de vue écologique, le fait qu’un plus grand nombre d’espèces habitent la même île augmente également les risques d’interactions antagonistes, comme les interactions prédateur-proie ou les combats de territoire. De plus, à mesure que de plus en plus d’espèces habitent l’île, le taux de colonisation diminue, car il y a moins de ressources pour tout le monde et un espace de niche est occupé, de sorte que les nouveaux arrivants sont moins susceptibles de pouvoir s’établir.

Dans l’ensemble, la théorie de la biogéographie insulaire prédit qu’il y aura un équilibre dynamique sur une île donnée - ce qui signifie que le nombre d’espèces devrait rester stable au point où les taux de colonisation et d’extinction se rencontrent. Notez que cela signifie également que la composition des espèces sur l’île peut encore changer à mesure que certaines espèces disparaissent et que de nouveaux immigrants s’établissent. De plus, les valeurs réelles à l’équilibre seront toujours spécifiques aux caractéristiques de chaque île, telles que sa taille ou sa proximité avec le continent.

Dans ce laboratoire, vous testerez la théorie de la biogéographie insulaire à travers une simulation avec des îles artificielles de différentes tailles.