L’évaluation de la biodiversité est un enjeu majeur pour comprendre sa dynamique et envisager les impacts associés aux activités humaines. Les scientifiques emploient un ensemble de méthodes statistiques pour appréhender et mesurer la biodiversité à différents niveaux. Ces outils permettent ensuite de mettre en évidence des processus évolutifs et de proposer une gestion raisonnée de la biodiversité.
Quadrats et Métabarcoding
Les méthodes par échantillonnage permettent un inventaire exhaustif de la diversité dans un petit échantillon. (je vous conseille cet article pour approfondir cette idée d’échantillonnage). On peut ensuite extrapoler les résultats pour estimer la diversité sur une surface plus grande. Les scientifiques choisissent des méthodes adaptées à ce qu’ils veulent observer.
Biodiversité végétale des prairies
Les narcisses de Cistrières (43)
Prenons l’exemple des prairies de Cistrières, petite commune rurale située au Nord de la Haute-Loire, dans le Parc Naturel Régional Livradois Forez. Altitude : 1000 m. Cistrières est dans un secteur d’élevage. Les prairies contribuent à l’alimentation des animaux (pâturage + foin). Au printemps, on peut admirer des prairies transformées en « champs de narcisses », tant cette fleur y est abondante. Pourtant, cette fleur est moins abondante qu’autrefois. Pour les prairies où il n’y en a jamais eu beaucoup, cela provient assurément d’une différence d’humidité du sol : les narcisses sont des plantes indicatrices de prairies humides. Seules les prairies proches des ruisseaux en ont.
La différence entre prairies proches des cours d’eau, Dielle et Laamandie, semble provenir de leur gestion. La prairie photographiée ci-dessus a été fauchée en juillet et on n’y voit jamais d’animaux. Mais ci-dessous… La même forêt de Lamandie à l’arrière plan. La prairie n’a pas du tout le même aspect. On arrive a observer quelques narcisses, mais si peu en comparaison de la précédente ! Deux chevaux sont régulièrement mis dans la parcelle au premier plan, et un troupeau de bovins dans un secteur à l’arrière plan.
On a fauché dès la mi-juin d’autres prairies où on ne voit que très peu (voire aucun) narcisse, c’est très tôt par rapport au cycle de vie des narcisses. Ainsi, la gestion de la prairie a-t-elle un impact sur sa diversité floristique. Et… dans quelle mesure les narcisses vont-ils être impactés par le dérèglement climatique ? Les photographies ci-dessus ont été prises fin mai 2022. L’été 2022 a été particulièrement chaud et sec. Cela va-t-il impacter l’abondance des narcisses en 2023 ?
Prendre des photos et observer qu’il y a « beaucoup » ou « peu » de narcisses est une première approche…
Des approches collaboratives permettent d’élargir les données, par exemple chacun peut disposer des mangeoires dans son jardin ou sur un balcon, consigner quels oiseaux viennent et partager ses résultats.
L’application inpn espèces propose régulièrement des quêtes collaboratives.
Oeillets et saules alpins
Pour gagner en précision, l’évaluation de la biodiversité végétale requiert une approche statistique validée. Pour estimer l’abondance de chaque espèce d’une prairie, les scientifiques utilisent un carré d’échantillonnage appelé quadrat. Le quadrat est un carré en métal, en bois ou en plastique, permettant d’isoler un échantillon habituellement de 1 m². On déplace ensuite le quadrat le long d’une diagonale de la prairie pour obtenir des résultats statistiquement représentatifs.
Dans les Alpes, près du col du Galibier, des scientifiques ont ainsi déterminé la biodiversité sur un site orienté au Nord (Alvaro 37) et un site orienté au Sud (Alvaro 70) :
• Les espèces présentes sur les deux sites sont différentes.
• La diversité spécifique dans le site Avaro 37 est beaucoup plus faible (7 espèces) que dans le site Avaro 70 (22 espèces).
Parmi ces espèces on trouve des saules nains d’environ 10 cm :
Salix herbacea (statut : préoccupation mineure dans les Alpes pour l’instant, mais en danger critique d’extinction en Auvergne) côté Nord,
Salix reticulata (statut : préoccupation mineure) et Salix retusa (statut : préoccupation mineure dans les Alpes pour l’instant, en danger critique d’extinction en Franche-Comté) au Sud.
Il y a aussi des plantes de la famille des œillets :
Cerastium cerastoides (statut : préoccupation mineure ; disparue de la région Auvergne) au Nord,
Cerastium arvense (statut : préoccupation mineure) au Sud.
Le site Avaro 70 a une orientation sud, la fonte des neiges survient plus tôt que dans le site Avaro 37. Les conditions moins rudes conviennent à une plus grande diversité d’espèces. Ces espèces sont sur la liste rouge des espèces menacées en France, plus ou moins selon les régions. Pour certaines les données sont insuffisantes pour connaître leur statut. Avec le dérèglement climatique, la durée de la saison froide diminue. Il y aura forcément des répercutions, d’où la nécessité de contrôler leur présence. (exemple tiré d’un exercice de terminale enseignement scientifique).
Évaluation de la biodiversité du plancton
L’exploration des fonds marins a débuté dans les années 1950-60, les recherches dans ce domaine sont encore récentes. A ce jour, toute la biodiversité marine est donc encore loin d’avoir été décrite. En effet, on a recensé environ 200.000 espèces, on estime qu’il en reste 2 millions à découvrir. Or chaque jour certaines disparaissent… On ne saurait utiliser la méthode des quadrats en plein océan !
L’expédition Tara oceans exploite des méthodes de metabarcoding. Les spécialistes vont échantillonner et identifier uniquement des fragments d’ADN par rapport à une banque de données. Cette méthode est intéressante quand l’identification est difficile à partir des seuls critères morphologiques. Elle permet aussi d’identifier des êtres vivants microscopiques, qu’on ne peut pas forcément cultiver en laboratoire. Cependant, ces méthodes sont coûteuses et donnent peu d’informations sur les espèces identifiées.
Selon les sites, la composition des échantillons de l’expédition Tara Oceans change.
Par exemple, en mer Méditerranée (vidéo), il y a plus de 50 % d’ADN provenant d’espèces de métazoaires (animaux, par exemple à l’état d’embryons et larves). Tandis que dans les océans Atlantique et Pacifique on trouve une majorité de dinophytes = dinoflagellé (organismes unicellulaires possédant 2 flagelles perpendiculaires), de radiolaires (organismes unicellulaires possédant un squelette à base de dioxyde de silicium SiO2 autour duquel rayonnent de fins pseudopodes, extensions de la cellule qui lui permettent de se déplacer) et de bactéries. Je vous conseille cette BD numérique pour mieux connaître le monde du plancton.
Les espèces varient car les écosystèmes et les conditions écosystémiques sont différents (notamment la quantité de ressources).
Le suivi des populations animales
les otaries à fourrure
Le terme otarie s’applique à la fois au genre Arctocephalus et au genre Zalophus qui appartiennent tous deux à la famille des Otariidae (Otariidés), mais la traduction d’Arctocephalus la plus courante en français est Otarie à fourrure, en raison de son aspect extérieur. Alors que les Zalophus correspondent aux otaries « classiques » et aux lions de mer.
Les otaries à fourrure qu’on peut voir en Australie font partie de l’espèce Arctocephalus pusillus et plus précisément de la sous-espèce doriferus. Elle est la plus grande otarie à fourrure.
Arctocephalus pusillus a une autre sous-espèce qui se reproduit sur les côtes sud africaine et en Namibie. Les quinze colonies présentes sur les côtes namibiennes sont supposées manger en une année, autant de poissons que les habitants de Namibie et d’Afrique du Sud réunies. Cette prédation naturelle joue en la défaveur de l’animal : les pêcheurs leur reprochent de les priver de leurs moyens de subsistance et les braconnent pour tenter de réduire leurs effectifs.
L’observation des populations d’otaries est aussi un des fleurons des circuits touristiques organisés en Namibie. Mais… les populations d’otaries sont victimes d’un abattage massif de juillet à la mi-novembre, environ 80.000 jeunes et 6.000 mâles (91 000 en 2012) sont exécutés à la batte de base-ball pour l’industrie de la fourrure et de la médecine traditionnelle. L’Afrique du Sud a interdit la chasse à l’Otarie en 1990.
Le phoque à fourrure australien (Arctocephalus pusillus doriferus) est le principal prédateur présent sur le plateau continental peu profond du détroit de Bass dans le sud-est de l’Australie (entre Australie et Tasmanie). Cette région connaît un réchauffement océanique rapide, qui devrait entraîner d’importantes modifications de la diversité, de la répartition et de l’abondance des proies. Des chercheurs les ont étudié durant les hivers de 1998 à 2019. Les conditions climatiques à grande échelle ont modifié les concentrations en organismes chlorophylliens et la hauteur de la surface de la mer dans ce détroit, les phoques ont dû fournir davantage d’effort pour une moindre efficacité de la chasse, ce qui pourrait avoir des répercussions sur la population.
Capture marquage recapture
Il existe plusieurs méthodes permettant d’estimer un effectif à partir d’échantillons. La méthode de capture-marquage-recapture (CMR) repose sur des calculs effectués sur un échantillon. On capture des animaux, on les marque, on les relâche. Ultérieurement on les recapture et on regarde la proportion d’animaux marqués.
Si on suppose que la proportion d’individus marqués est identique dans l’échantillon de recapture et dans la population totale, l’effectif de celle-ci s’obtient par le calcul d’une quatrième proportionnelle. Cette méthode, utilisée actuellement, permet d’estimer une abondance. On l’utilise aussi en épidémiologie ainsi qu’en dynamique des populations (mortalité, dispersion, etc.).
Estimation de la proportion d’un caractère
À partir d’un échantillon, on peut estimer la proportion d’une population portant un caractère donné à l’aide d’un intervalle de confiance. Le niveau de confiance est toujours inférieur à 100 % en raison de la fluctuation des échantillons. Pour un niveau de confiance donné, l’estimation est d’autant plus précise que la taille de l’échantillon est grande.
Les éperviers striés des récifs coralliens
Les éperviers striés Paracirrhites arcatus sont des poissons qui vivent notamment en polynésie française, à la Réunion, dans les mers autour des terres australes et antarctiques françaises, de Nouvelle-Calédonie, de Wallis et Futuna ainsi que de Mayotte.
L’épervier strié se rencontre dans les lagons et récifs coralliens, sur la pente récifale externe et les tombants rocheux, entre 1 et 33 mètres de profondeur (maximum reporté à 305 m), mais surtout dans les 15 premiers mètres. Il se positionne sur les extrémités des coraux branchus des genres Acropora, Pocillopora et Stylophora d’où il chasse à l’affût pendant la journée, il s’y réfugie la nuit.
L’épervier strié se nourrit principalement de crustacés (crevettes, crabes), de petits poissons, et d’œufs de poissons. C’est un hermaphrodite protogyne c’est-à-dire qu’à maturité sexuelle il est femelle et peut ensuite se transformer en mâle. Les larves et les juvéniles dérivent au gré du courant pendant plusieurs semaines avant de rejoindre définitivement le fond.
Statut : préoccupation mineure à l’échelle mondiale. Mais si les récifs coralliens disparaissent du fait du dérèglement climatique et de la pollution des océans…
On remarque que selon la couleur et la luminosité des récifs les poissons clairs et sombres sont plus ou moins bien camouflés. La couleur des récifs varie en fonction de la profondeur. Ainsi, à faible profondeur, les récifs sont plutôt sombres et les poissons sombres sont mieux camouflés face aux prédateurs. À l’inverse, dans les eaux profondes, les coraux sont plus clairs et les poissons clairs sont camouflés. Mais avec le blanchiment des coraux, que vont devenir les poissons les plus sombres ?
Nous avons ainsi pu voir que, grâce à des méthodes bien établies (et des calculs que je n’ai pas détaillé ici), des chercheurs peuvent évaluer la biodiversité. Et ainsi, en suivant les critères de l’UICN (union internationale pour la conservation de la nature), on va définir quelles espèces sont menacées ou non. Mais… pour la majorité des espèces, les données scientifiques sont insuffisantes pour le savoir.