La biogéographie

La biogéographie est un champ de recherche qui dépend des questions, des objectifs et des méthodes d'un domaine particulier. La biogéographie écologique, par exemple, s'efforce de répondre aux questions écologiques en utilisant les méthodes de l'écologie. L'objectif de trouver une classification phyto- et zoogéographique a réuni les géographies végétales et animales des 18e et 19e siècles. Ce chapitre utilise les termes de géographies végétales et animales, de géographie botanique, de phytogéographie et de zoogéographie en fonction du langage de l'époque. La classification de Zimmermann est basée sur les régions géographiques du monde au XVIIIe siècle, tandis que celle de Morrone a ses racines historiques dans la tradition zoogéographique sclater-wallacienne et phytogéographique humboldtienne. La géographie animale a débuté plus tard que la géographie végétale. Good semble avoir combiné les grandes régions et les petites communautés végétales en une seule classification.

Ce chapitre présente une introduction aux méthodes analytiques en biogéographie : que nous apprennent les relations phylogénétiques sur les processus fondamentaux qui ont façonné la répartition des espèces sur Terre ? Des méthodes cladistiques, axées sur les modèles biogéographiques, nous passons à la biogéographie événementielle, incorporant les mécanismes sous-jacents, et, plus récemment, aux méthodes paramétriques, avec l'intégration du temps tant recherchée. Enfin, la discipline s'est récemment enrichie de sources d'information supplémentaires provenant des archives fossiles, de l'écologie des espèces et des reconstructions paléogéographiques, ainsi que de l'intégration des processus au niveau des populations.

La phylogéographie s'efforce de comprendre les processus qui sous-tendent la répartition géographique de la variation génétique au sein d'espèces étroitement apparentées et entre elles. Ce chapitre explique ce qu'est la phylogéographie et présente les développements méthodologiques et conceptuels dans ce domaine. Au cours des premières décennies de la phylogéographie, la plupart des études ont porté sur des analyses d'ADNmt exclusivement animal. La large utilisation de ce génome cytoplasmique dans les études phylogéographiques s'explique par le fait qu'il possède plusieurs propriétés phylogénétiques favorables. Les méthodes statistiques phylogéographiques se répartissent généralement en deux catégories : celles qui adoptent une approche statistique sommaire et les analyses de vraisemblance ou bayésiennes. Les études phylogéographiques comparatives peuvent révéler les façons dont des communautés ou des assemblages entiers sont structurés par des réponses partagées à un passé commun et à un événement historique unique propre à une espèce. Depuis ses débuts, la phylogéographie comparative utilise la concordance des modèles de variation génétique comme critère d'évaluation des hypothèses.

Déchiffrer les causes physiques de l'évolution de la biosphère telle que nous la connaissons aujourd'hui, ainsi que dans le passé, à partir des archives phylogénétiques et fossiles, dans le cadre d'une histoire géologique pas si sereine, est l'objectif primordial de la biogéographie géophysique. Les interactions entre l'environnement physique et la biosphère sont reflétées dans les classifications courantes utilisées par les biogéographes et les conservateurs de l'environnement, comme les biomes ou les écorégions. La biosphère réagit à l'environnement physique actuel, ainsi qu'aux conditions de précurseur : à un endroit donné, elle peut être considérée comme l'intégrale temporelle des interactions avec son environnement géophysique. La tectonique des plaques et les soubresauts régionaux de la surface de la Terre remodèlent non seulement la physiographie sur laquelle évoluent les biotes, mais aussi son décorum à l'échelle continentale, c'est-à-dire le climat, qui peut faciliter ou entraver dispersion, spéciation, ou extinction.

Traditionnellement, l'étude de la biogéographie insulaire cherche à comprendre les facteurs qui affectent la richesse, la diversification et la répartition des espèces sur les îles. Les racines de la biogéographie insulaire sont fermement ancrées dans l'écologie des populations et des communautés. Bien avant l'élaboration de la théorie de l'équilibre de la biogéographie insulaire ("ToIB"), les botanistes et les zoologistes avaient documenté la tendance apparemment inébranlable de la richesse des espèces à augmenter de façon log-linéaire avec la surface de l'échantillon. En associant les données génétiques et les données de répartition, Valente et al. ont pu estimer les taux de colonisation, d'extinction et de spéciation. Leurs résultats confirment plusieurs prédictions clés du ToIB, notamment que les taux de colonisation diminuent avec l'augmentation de l'insularité ; les taux d'extinction diminuent avec l'augmentation de la superficie des îles ; et les taux de spéciation augmentent avec l'augmentation de l'insularité et de la superficie des îles. Le modèle dynamique général est fondé sur les mêmes éléments principaux que le ToIB ; cependant, il bénéficie de l'incorporation de la manière dont les éléments covarient avec ceux de l'île.

Le milieu souterrain comprend des vides de toute taille dans lesquels la vie peut se développer dans des conditions aphotiques, souvent déconnectées des fluctuations saisonnières et largement oligotrophes. Une faible proportion d'organismes vivants a pu évoluer et s'adapter à de telles conditions. Certains d'entre eux sont devenus strictement dépendants de cet environnement hostile, au prix d'un ensemble d'adaptations biologiques profondes. Leurs adaptations physiologiques, biologiques et morphologiques ont convergé vers une réduction drastique de la capacité de dispersion et du flux génique entre les populations. Combinés à l'extrême fragmentation de nombreux habitats souterrains, ces traits font de la faune souterraine un modèle particulièrement intéressant par rapport à la faune de surface pour explorer l'impact de la fragmentation de l'habitat sur la spéciation, la diversification et les radiations évolutives, en particulier pour définir et dater les barrières à la dispersion sur la base de preuves géologiques et hydrogéologiques.

L’écologie microbienne des sols a longtemps souffert d’un certain manque de généricité car les études ont souvent été menées à l’échelle infra-parcellaire ou parcellaire, voire de petits territoires et avec peu de sites étudiés. Cela entraîne un manque de connaissances sur les processus de distribution des populations et de la régulation de la diversité microbienne à grande échelle face aux changements globaux. Pour pallier à ceci, une étude de biogéographie microbienne a été menée l’échelle de la France sur les 2 200 sols du Réseau de Mesures de Qualité des Sols (RMQS). Ce chapitre présente les résultats de cette étude acquis sur l’abondance et la diversité des communautés bactériennes, les réseaux d’interactions bactériens ainsi que les habitats microbiens à l’échelle de la France. Ces travaux ont également permis des avancées finalisées par le développement et la validation de nouveaux indicateurs microbiens de la qualité des sols.

Ce chapitre propose un état des lieux sur les champignons et les facteurs qui déterminent leurs patrons biogéographiques, en se concentrant principalement sur les champignons terrestres et en particulier sur les champignons mycorhiziens, en raison de leurs patrons biogéographiques mieux établis et plus étudiés. Il donne également un aperçu de la biogéographie des champignons aquatiques et associés aux animaux. Il est important de comprendre l'histoire de l'évolution des champignons car cela pourrait expliquer certains de leurs patrons biogéographiques, notamment en ce qui concerne les symbioses. Le chapitre aborde la manière dont les fonctions des champignons et leurs interactions avec d'autres organismes peuvent affecter la biogéographie fongique. Les changements environnementaux mondiaux induits par les perturbations humaines, le changement climatique et les risques naturels peuvent modifier fondamentalement la répartition et l'activité des champignons dans le temps et l'espace, tandis que les champignons peuvent atténuer ou exacerber les effets des changements mondiaux sur d'autres groupes d'organismes.

Les écosystèmes d'eaux douces n'occupent que 2,3 % de la surface de la Terre, mais abritent une part importante des taxons les plus diverses et endémiques du monde. On estime qu'ils abritent 12 % de la faune mondiale et un tiers (18 000 espèces) de la richesse mondiale en espèces de vertébrés. Dans ce chapitre, l'auteur rassemble des résultats théoriques et empiriques récents et des patrons à des échelles multiples. Tous deux peuvent offrir une feuille de route pour identifier de nouvelles voies de recherche et des défis futurs dans le domaine de la biogéographie des eaux douces, laquelle doit être prise en compte pour sauvegarder l'état des écosystèmes aquatiques. Le gradient latitudinal de la richesse en espèces, l'effet des facteurs historiques, environnementaux et géographiques sur la diversité des espèces et les modèles de relation espèce-espace (SAR) dans les eaux douces sont discutés. Les progrès scientifiques récents dans un ensemble de défis fondamentaux (assemblage de communautés, concept de métacommunauté et diversité bêta) sont présentés.

Les océans représentent 71% de la surface de la Terre, soit environ 665 fois plus de volume habitable que les environnements terrestres, mais ils n'abritent qu'environ 15% de toutes les espèces décrites. En revanche, la diversité phylétique est bien plus importante dans les océans que sur terre. Ce chapitre donne une vue d'ensemble de la biogéographie marine en se concentrant sur les processus de diversification au cours des temps géologiques et sur les gradients de diversité actuels dans les océans, de l'échelle continentale à l'échelle mondiale. La première partie du chapitre présente les principales hypothèses qui ont été proposées pour expliquer les différences flagrantes dans les modèles de diversification et de richesse entre la terre et la mer. Une revue actualisée des principaux gradients de répartition de la diversité dans l'océan et des mécanismes moteurs possibles est ensuite présentée dans la deuxième partie, y compris les gradients latitudinaux et bathymétriques de la richesse en espèces ainsi que les gradients de composition (taxonomiques, fonctionnels et phylogénétiques).

Les analyses à haute résolution de la dynamique spatio-temporelle des maladies zoonotiques sont actuellement abordées, à l'échelle mondiale, par l'application de méthodes biogéographiques et de concepts théoriques. Ces études sont utiles pour identifier les processus d'émergence, de dispersion et d'établissement des maladies infectieuses, pour améliorer les stratégies de surveillance des maladies et pour concevoir des systèmes d'alerte précoce ayant des bases géographiques significatives.

Les fluctuations de la concentration de gaz à effet de serre dans l'atmosphère étaient courantes dans l'histoire de la Terre, et les données paléoclimatiques documentent les transitions entre différents états climatiques à différentes échelles de temps. Les changements climatiques du Cénozoïque contiennent des informations quantitatives pertinentes sur l'évaluation des effets climatiques d'origine humaine, et les périodes interglaciaires antérieures qui étaient plus chaudes que l'Holocène peuvent jouer un rôle clé dans l'évaluation des niveaux dangereux du taux de réchauffement actuel en anticipant les changements futurs du climat. Les estimations de l'ampleur et du rythme des changements paléoclimatiques sont des outils utiles pour tester les théories écologiques et déterminer comment la dynamique de la biodiversité peut être façonnée par les changements climatiques. Des impacts dramatiques du changement climatique ont déjà été observés. Les changements de régime des écosystèmes résultant du changement climatique sont déclenchés par différentes perturbations, telles que les sécheresses, les tempêtes de vent, les incendies et les épidémies de parasites.

Il y a moins de deux décennies, la biogéographie de la conservation a été imaginée comme une "science appliquée et interdisciplinaire distincte qui s'intéresse à la conservation de la nature". Ce chapitre passe en revue le développement de la biogéographie de la conservation depuis sa création, il y a un peu plus d'une décennie et demie. Il vise, tout d'abord, à fournir une brève chronologie des progrès réalisés dans le développement de cette sous-discipline, suivie d'une vue d'ensemble de la portée revendiquée et examinée du domaine. Le chapitre examine ensuite brièvement plusieurs faits saillants émanant de cette approche à ce jour, et se termine par quelques spéculations sur la façon dont la sous-discipline pourrait continuer à se développer dans des directions productives. La biogéographie de la conservation semble avoir progressé depuis 2005 dans sa tentative de délimiter, conceptuellement et empiriquement, une partie de l'échelle spatiale dans le vaste domaine de la biologie de la conservation qui n'a pas toujours été au centre des préoccupations des chercheurs en biodiversité.