La mer profonde contient plus de 90% de l’eau de nos océans, mais seulement environ un tiers de toutes les espèces de poissons. Les scientifiques ont longtemps pensé que l’explication était intuitive : les eaux océaniques peu profondes sont chaudes et regorgent de ressources, ce qui en fait un lieu privilégié pour l’évolution et la prospérité de nouvelles espèces. Mais une nouvelle étude de l’Université de Washington, publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences et dirigé par Elizabeth Miller, rapporte que tout au long de l’histoire ancienne de la Terre, il y a eu plusieurs périodes où de nombreux poissons ont en fait favorisé les eaux froides, sombres et stériles de la mer profonde.
« Il est facile de regarder des habitats peu profonds comme les récifs coralliens, qui sont très divers et passionnants, et de supposer qu’ils ont toujours été ainsi », a déclaré Miller, qui a terminé l’étude en tant que chercheur postdoctoral à l’UW School of Aquatic and Fishery. Sciences et est maintenant stagiaire postdoctoral à l’Université de l’Oklahoma. « Ces résultats remettent vraiment en question cette hypothèse et nous aident à comprendre comment les espèces de poissons se sont adaptées aux changements majeurs du climat. »
La mer profonde est généralement définie comme tout ce qui se trouve en dessous d’environ 650 pieds, la profondeur à laquelle il n’y a plus assez de lumière solaire pour que la photosynthèse se produise. Cela signifie qu’il y a beaucoup moins de nourriture et de chaleur que dans les bas-fonds, ce qui en fait un endroit difficile à vivre. Mais en analysant les relations entre les poissons à l’aide de leurs archives génétiques remontant à 200 millions d’années, Miller a pu identifier un schéma évolutif surprenant : les taux de spéciation, c’est-à-dire la rapidité avec laquelle les nouvelles espèces ont évolué, ont basculé au fil du temps. Il y a eu des périodes de plusieurs dizaines de millions d’années pendant lesquelles de nouvelles espèces évoluaient plus rapidement en haute mer que dans les zones moins profondes.
À certains égards, cette découverte a soulevé plus de questions qu’elle n’a répondu. Qu’est-ce qui poussait les poissons à préférer un habitat à un autre ? Qu’est-ce qui a permis à certains poissons de se déplacer plus facilement en haute mer que d’autres ? Et comment ces changements anciens ont-ils contribué à créer la diversité des espèces que nous avons aujourd’hui ?
Lorsque Miller a cartographié ces taux de spéciation inversés sur une chronologie de l’histoire de la Terre, elle a pu identifier trois événements majeurs qui ont probablement joué un rôle.
« Le premier a été l’éclatement de la Pangée, qui s’est produit il y a entre 200 et 150 millions d’années », a déclaré Miller. « Cela a créé de nouvelles côtes et de nouveaux océans, ce qui signifiait qu’il y avait plus de possibilités pour les poissons de passer des eaux peu profondes aux eaux profondes. Il y avait soudainement beaucoup plus de points d’accès. »
Vient ensuite la période des serres chaudes du Crétacé, qui s’est produite il y a environ 100 millions d’années et a marqué l’une des époques les plus chaudes de l’histoire de la Terre. Pendant ce temps, de nombreux continents ont été inondés en raison de l’élévation du niveau de la mer, créant un grand nombre de nouvelles zones peu profondes à travers la terre.
« C’est autour de cette période que nous voyons vraiment les poissons d’eau peu profonde décoller et se diversifier », a déclaré Miller. « Nous pouvons retracer une grande partie de la diversité des espèces que nous voyons dans les bas-fonds aujourd’hui jusqu’à cette époque. »
Le troisième événement était encore un autre changement climatique majeur il y a environ 15 millions d’années, connu sous le nom de transition climatique du Miocène moyen. Cela a été causé par un nouveau déplacement des continents, qui a provoqué des changements majeurs dans la circulation océanique et refroidi la planète, jusqu’aux profondeurs marines.
« À cette époque, nous voyons les taux de spéciation en haute mer s’accélérer vraiment », a déclaré Miller. « Cela a été particulièrement dû aux poissons d’eau froide. Beaucoup d’espèces que vous voyez aujourd’hui au large des côtes de Washington et de l’Alaska se sont diversifiées pendant cette période. »
Mais les changements climatiques à eux seuls n’expliquent pas comment les poissons sont venus coloniser les profondeurs marines en premier lieu. Toutes les espèces n’ont pas la bonne combinaison de traits pour survivre dans des eaux plus profondes et utiliser les ressources relativement limitées hors de portée de la lumière du soleil.
« Pour évoluer vers une nouvelle espèce en haute mer, vous devez d’abord y arriver », a déclaré Miller. « Ce que nous avons découvert, c’est que non seulement les taux de spéciation changeaient au fil du temps, mais aussi à quoi ressemblaient les poissons des grands fonds. »
Les premiers poissons capables de faire la transition vers les profondeurs marines avaient tendance à avoir de grandes mâchoires. Cela leur a probablement donné plus d’occasions d’attraper de la nourriture, qui peut être rare en profondeur. Les chercheurs ont découvert que beaucoup plus tard dans l’histoire, les poissons qui avaient des queues plus longues et effilées avaient tendance à mieux réussir la transition vers les eaux profondes. Cela leur a permis de conserver leur énergie en glissant le long du fond marin au lieu de nager dans la colonne d’eau.
« Si vous regardez qui vit dans les profondeurs marines aujourd’hui, certaines espèces ont un corps effilé et d’autres ont de grandes mâchoires effrayantes et pleines de dents », a déclaré Miller. « Ces deux plans corporels représentent des ancêtres qui ont colonisé les profondeurs marines à des millions d’années d’intervalle. »
Bien que ces événements puissent sembler être de l’histoire ancienne, ils peuvent nous apprendre comment le changement climatique d’aujourd’hui affectera la vie dans nos océans. Miller espère que les recherches futures pourront s’appuyer sur ces découvertes et étudier comment les poissons d’eau profonde modernes réagiront au changement climatique et éclaireront potentiellement les efforts de conservation.
« Ce que nous avons appris de cette étude, c’est que les poissons des grands fonds ont tendance à bien se porter lorsque les océans sont plus froids, mais avec le changement climatique, les océans se réchauffent », a-t-elle déclaré. « Nous pouvons nous attendre à ce que cela ait vraiment un impact sur les poissons en haute mer dans les années à venir. »
Les co-auteurs sont Luke Tornabene à l’UW; Christopher Martinez à UC Irvine; Sarah Friedman au Centre des sciences halieutiques de la NOAA en Alaska ; Peter Wainwright à UC Davis; et Samantha Price à l’Université Clemson.
Plus d’information:
Elizabeth Christina Miller et al, Les régimes alternés de diversification des eaux peu profondes et profondes expliquent un paradoxe de richesse en espèces chez les poissons marins, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2123544119