La surface de la Terre est la peau vivante de notre planète : elle relie les systèmes physiques, chimiques et biologiques.
Au fil des temps géologiques, cette surface évolue. Les rivières fragmentent le paysage en une gamme d’habitats écologiquement diversifiés. Ces rivières transfèrent également des sédiments des montagnes vers les plaines continentales et finalement vers les océans.
L’idée selon laquelle les paysages ont influencé la trajectoire de la vie sur notre planète a une longue histoire, remontant aux récits scientifiques du début du XIXe siècle du mathématicien allemand. Alexandre von Humboldt. Même si nous en avons appris davantage depuis, de nombreux aspects de l’évolution de la biodiversité restent énigmatiques. Par exemple, on ne sait toujours pas pourquoi il y a un écart de 100 millions d’années entre l’explosion de la vie marine et le développement des plantes sur les continents.
Dans la recherche Publié dans Nature aujourd’hui, nous proposons une nouvelle théorie qui relie l’évolution de la biodiversité au cours des 540 millions d’années passées aux « impulsions » sédimentaires contrôlées par les paysages passés.
10 ans de temps de calcul
Nos simulations sont basées sur un code open source publié dans le cadre d’un Science article publié plus tôt cette année.
Pour piloter l’évolution du paysage à travers l’espace et le temps dans notre modèle informatique, nous avons utilisé une série de reconstructions de ce qu’étaient le climat et la tectonique dans le passé.
Nous avons ensuite comparé les résultats de nos simulations globales avec des reconstitutions de la biodiversité marine et continentale sur les 540 millions d’années passées.
Pour réaliser nos simulations informatiques, nous avons profité du système australien Infrastructure informatique nationale fonctionnant sur plusieurs centaines de processeurs. Les simulations combinées présentées dans notre étude équivalent à dix ans de temps de calcul.
La vie marine et les sédiments fluviaux étaient étroitement liés
Dans notre modèle, nous avons découvert que plus les rivières transportaient de sédiments dans les océans, plus la vie marine se diversifiait (une corrélation positive). Vous pouvez voir cela suivi par la ligne rouge dans le graphique ci-dessous.
À mesure que les continents évoluent, les rivières ne se contentent pas de transporter des sédiments dans les océans, elles apportent également une grande quantité de nutriments. Ces nutriments, comme le carbone, l’azote et le phosphore, sont essentiels à la cycles biologiques qui déplacent les éléments vitaux à travers tous les êtres vivants.
C’est pourquoi nous pensons que les rivières fournissant plus ou moins de nutriments à l’océan – sur une échelle de temps géologique de plusieurs millions d’années – sont liées à la diversification de la vie marine.
Peut-être plus surprenant encore, nous avons constaté que des épisodes d’extinction massive dans les océans se produisaient peu de temps après une diminution significative du flux sédimentaire. Cela suggère qu’un manque ou une carence en nutriments peut déstabiliser la biodiversité et la rendre vulnérable aux événements catastrophiques (comme les impacts d’astéroïdes ou les éruptions volcaniques).
Les paysages ont également déterminé la diversité des plantes
Sur les continents, nous avons conçu une variable intégrant la couverture sédimentaire et la robustesse du paysage pour décrire la capacité des continents à accueillir diverses espèces.
Ici, nous avons également trouvé une corrélation frappante (voir ci-dessous) entre notre variable et la diversification végétale au cours des 400 derniers millions d’années. Cela montre à quel point les changements dans le paysage ont également une forte influence sur la diversification des espèces sur terre.
Nous émettons l’hypothèse qu’à mesure que la surface de la Terre se recouvrait progressivement d’un sol plus épais, plus riche en nutriments déposés par les rivières, les plantes pourraient se développer et se diversifier avec des systèmes racinaires plus élaborés.
Au fur et à mesure que les plantes se sont développées à travers le continent, la planète a fini par abriter des environnements et des habitats variés offrant des conditions favorables à l’évolution des plantes, comme l’émergence de plantes à fleurs il y a environ 100 millions d’années.
Une planète vivante
Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent que la diversité de la vie sur notre planète est fortement influencée par la dynamique du paysage. À tout moment, les paysages de la Terre déterminent le nombre maximum d’espèces différentes que les continents et les océans peuvent abriter.
Cela montre que ce ne sont pas seulement la tectonique ou le climat, mais aussi leurs interactions qui déterminent l’évolution à long terme de la biodiversité. Ils y parviennent grâce aux flux de sédiments et aux modifications des paysages en général.
Nos résultats montrent également que la biodiversité a toujours évolué au rythme de la tectonique des plaques. C’est un rythme incomparablement plus lent que le taux actuel d’extinction provoqué par l’activité humaine.
Plus d’information:
Tristan Salles et al, Dynamique du paysage et diversification phanérozoïque de la biosphère, Nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-023-06777-z
Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.