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Les forêts tropicales humides sont les habitats les plus riches en biodiversité sur Terre. Elles abritent un très grand nombre de plantes, d'animaux, de champignons et d'autres organismes différents. Ces forêts sont principalement réparties sur trois continents, concentrées dans le bassin de l'Amazone en Amérique du Sud, le bassin du Congo en Afrique centrale et le vaste archipel de l'Asie du Sud-Est.
On pourrait penser que toutes les forêts tropicales sont à peu près aussi diversifiées en raison de leur climat stable, chaud et humide, et de leur situation géographique autour de l'équateur - mais ce n'est pas le cas. Par rapport à l'Amérique du Sud et à l'Asie du Sud-Est, le nombre d'espèces dans les forêts tropicales humides d'Afrique est nettement inférieur pour de nombreux groupes d'organismes.
Palmiers avec peu d'espèces
Les palmiers illustrent bien cette répartition inégale - ce que les chercheur·ses appellent la disparité de la diversité pantropicale (DDP): sur les 2500 espèces présentes dans le monde, 1200 se trouvent dans la région de l'Asie du Sud-Est et 800 dans les forêts tropicales d'Amérique du Sud, mais seulement 66 dans les forêts tropicales africaines.
La raison de cette situation fait l'objet d'un débat entre les chercheur·ses en biodiversité. Certains éléments indiquent que le climat actuel est à l'origine de la moindre diversité des espèces dans les forêts tropicales africaines. Le climat de la ceinture tropicale africaine est plus sec et plus frais que celui de l'Asie du Sud-Est et de l'Amérique du Sud.
D'autres preuves suggèrent que les différentes histoires environnementales et tectoniques des trois régions forestières tropicales au cours de dizaines de millions d'années ont eu un impact sur les différents niveaux de biodiversité. Ces changements environnementaux comprennent, par exemple, la formation de montagnes, d'îles ou de zones arides et désertiques.
Cependant, il est difficile de faire la distinction entre les deux facteurs que sont le climat actuel et l'histoire environnementale.
La construction d'une montagne fait apparaître la diversité
Sous la direction de Loïc Pellissier, professeur d'écologie du paysage, des chercheur·ses de l'ETH Zurich ont étudié cette question à l'aide d'un nouveau modèle informatique qui leur permet de simuler la diversification des espèces sur des millions d'années d'évolution. Il·les en concluent que le climat actuel n'est pas la raison principale pour laquelle la biodiversité est plus faible dans les forêts tropicales d'Afrique. La biodiversité est plutôt le résultat de la dynamique de la formation des montagnes et du changement climatique. Les résultats des simulations historiques coïncident largement avec les schémas de répartition de la biodiversité observables aujourd'hui.
«Notre modèle confirme que les différences de dynamique paléoenvironnementale ont produit la répartition inégale de la biodiversité, plutôt que les facteurs climatiques actuels», explique Loïc Pellissier. «Les processus géologiques ainsi que les fluctuations de la température mondiale déterminent où et quand les espèces émergent ou s'éteignent.»
Un facteur en particulier est crucial pour une biodiversité élevée sur un continent: la dynamique géologique. La tectonique active des plaques favorise à la fois la formation de montagnes, comme les Andes en Amérique du Sud, et l'émergence d'archipels, comme en Asie du Sud-Est. Ces deux processus entraînent l'apparition de nombreuses niches écologiques, qui donnent à leur tour naissance à de nombreuses espèces nouvelles. La ceinture de forêts pluviales d'Afrique, en revanche, a connu une activité tectonique moindre au cours des 110 derniers millions d'années. Elle est également relativement petite car elle est bordée par des zones arides au nord et au sud, ce qui limite sa propagation. «Les espèces des régions humides peuvent difficilement s'adapter aux conditions sèches des zones sèches environnantes», souligne Loïc Pellissier.
Les continents géologiquement vivants produisent une plus grande biodiversité
Le modèle «gen3sis» développé par les chercheur·ses de l'ETH Zurich n'a été présenté que récemment dans la revue PLoS Biology. Il s'agit d'un modèle mécaniste dans lequel les contraintes primaires telles que la géologie et le climat sont représentées avec les mécanismes biologiques et à partir duquel les modèles de biodiversité peuvent se matérialiser. Pour simuler l'émergence de la biodiversité, les processus les plus importants à intégrer dans le modèle sont l'écologie (c'est-à-dire que chaque espèce a sa propre niche écologique limitée), l'évolution, la spéciation et la dispersion.
«Grâce à ces quatre règles de base, nous pouvons simuler la dynamique des populations d'organismes dans des conditions environnementales changeantes et offrir une très bonne explication de l'apparition de ces organismes», explique Loïc Pellissier.
En construisant leur modèle sur ces mécanismes évolutifs de base, les chercheur·ses peuvent simuler la diversité des espèces sans avoir à saisir de données (de distribution) pour chaque espèce individuelle. Toutefois, le modèle nécessite des données sur la dynamique géologique des continents considérés, ainsi que sur l'humidité et les températures provenant de reconstitutions climatiques.
Les chercheur·ses affinent maintenant le modèle et effectuent des simulations pour comprendre l'émergence de la biodiversité dans d'autres régions riches en espèces, comme les montagnes de l'ouest de la Chine. Le code du modèle et les reconstitutions paléoenvironnementales sont en source ouverte. Tous les chercheur·ses intéressé·es par l'évolution et la biodiversité peuvent l'utiliser pour étudier la formation de la biodiversité dans différentes régions du monde.