– Une connaissance limitée à deux millions d'espèces
– Vers une sixième crise d'extinction biologique ?
– La phylogénie moléculaire, un nouvel outil de connaissance
– La diversité la plus grande invisible pour les yeux
– En Suisse, la destruction de digues aidera à restaurer de la biodiversité
– La biodiversité des prairies est-elle menacée ?
– Redonner au maïs la capacité biologique de se protéger des insectes nuisibles
– Les jardins botaniques, conservatoires et vitrines de la biodiversité
– Le diagnostic naturaliste remis au goût du jour de l'enseignement universitaire
Le gène, l’espèce, l’écosystème : trois échelles d’expression de la biodiversité, toutes trois étroitement imbriquées.
2010, année internationale de la diversité biologique, pose la question fondamentale de sa connaissance, avant même d’évoquer celle de son érosion. Six à soixante millions d’espèces vivent sur la planète, les statistiques les plus fiables sont impuissantes à donner des estimations plus précises. Une certitude cependant : deux millions seulement d’entre elles sont identifiées et décrites, une disproportion criante dont la prise de conscience ne remonte qu’à une vingtaine d’années. Or, se représenter la diversité est une base essentielle si l’on veut opérer des choix éclairés pour lutter contre son érosion.
Se doter de moyens pour développer cette connaissance, parallèlement aux actions de défense déjà engagées… sur les deux tableaux, il faut agir, vite.
Les spécialistes estiment entre deux mille et trente mille le nombre d’espèces disparaissant chaque année. Difficile à apprécier lui aussi, ce déclin s’avère cependant un gigantesque bouleversement, peut-être annonciateur de la sixième crise d’extinction biologique de l’histoire de la Terre.
Modification d’usage des écosystèmes, pressions démographique et foncière, surexploitation des ressources vivantes et changement climatique sont ici pointés du doigt. Les activités humaines sont nombreuses à être impliquées. Les collectes effrénées des botanistes aux XIXe et XXe siècles ont décimé certaines espèces végétales. La perturbation des écosystèmes, en fragilisant les habitats, favorise le développement des plantes invasives. Le recours aux OGM apporte sa part d’incertitude quant à de possibles modifications au sein des espèces et des écosystèmes…
En réaction, de nombreuses actions sont engagées pour conserver, voire restaurer la biodiversité, ressource fondamentale pour la survie et le bien-être de l’humanité.
Des travaux de recherche appliquée et fondamentale sont mis en œuvre à l’université de Franche-Comté et à l’université de Neuchâtel pour développer la connaissance de la biodiversité comme pour assurer sa sauvegarde. En voici quelques illustrations…
La biologie moléculaire, étude des gènes des espèces animales et végétales, est utilisée depuis une trentaine d’années pour déterminer les relations de parenté du vivant, soit sa phylogénie. Une classification phylogénétique du vivant en est déduite. Depuis dix ans, elle s’attache à déterminer les transmissions génétiques et apporte des éléments de connaissance essentiels sur l’évolution, complémentaires au strict recensement des espèces actuelles et passées.
Dans le cas de la botanique, la biologie moléculaire permet de déterminer la structure du génome des plantes, et par là, de retracer le lien de parenté entre différentes espèces. En ce sens, elle constitue un extraordinaire complément d’information aux statistiques fournies jusqu’alors, et permet d’affiner la notion même de biodiversité. Dans un milieu donné, on peut trouver une profusion de plantes différentes et conclure à sa grande diversité. Toutefois, la quantité d’espèces n’assure pas toujours, en termes évolutifs, la qualité du milieu. En effet, l’étude du génome des espèces d’un milieu permet de définir autrement la représentativité de sa diversité, et éventuellement de favoriser un milieu moins riche en espèces mais plus représentatif des lignées évolutives et donc plus riche en diversité génétique. Les recherches menées par l’équipe du laboratoire Chrono-environnement de l’université de Franche-Comté, sous l’impulsion de Arnaud Mouly, montrent à quel point la compréhension de la diversité génétique est un enjeu pour l’avenir. En privilégiant la conservation du plus grand nombre de génomes possibles au sein d’un habitat donné, on assure la survie de différentes lignées évolutives du vivant. Ceci constitue alors une garantie du bon fonctionnement des écosystèmes, qui assure une plus grande chance de voir les plantes résister aux modifications et aux perturbations subies par les milieux, ainsi qu’une meilleure capacité de recolonisation des milieux détériorés ou détruits.
Sauvegarder les lignées les plus réactives aux transformations, et notamment au changement climatique, pourrait donc devenir un axe prioritaire de la défense de la biodiversité.
L’arbre du vivant, reflétant la diversité des trois domaines d’organismes cellulaires, les archées, les bactéries et les eucaryotes.
Tiré du magazine Plein Sud, Université Paris Sud 11
La phylogénie peut s’appliquer à tous types d’organismes vivants, et l’équipe de recherche de l’université de Franche-Comté porte aussi la plus grande attention aux insectes, dont le lien étroit avec le monde végétal n’est plus à démontrer. Elle s’intéresse aussi à la diversité microbienne, qui est bien loin d’avoir livré tous ses secrets. À partir d’un prélèvement d’échantillon d’eau ou de sol, les spécialistes ont identifié des génomes d’organismes dont ils n’ont par ailleurs aucune connaissance. Microscopiques, souvent unicellulaires, ils n’ont encore jamais pu être observés et encore moins étudiés. Seule la découverte de constructions génétiques encore inconnues permet de déceler leur existence. Et l’on aurait tort de sous-estimer ce monde microscopique sous prétexte qu’il est invisible : les bactéries, champignons et autres virus ont en réalité une importance capitale dans le fonctionnement des écosystèmes et ont fortement influencé leur histoire évolutive depuis des centaines de millions d’années. L’étude génétique de ces organismes vivants n’en est qu’à ses balbutiements et constitue un formidable potentiel de recherche pour l’avenir.
Diatomées, amibes, oomycètes… ces micro-organismes ne sont encore que peu étudiés. Populations de l’invisible, ces oubliés de la diversité sont loin de susciter l’enthousiasme dévolu aux espèces reines du monde vivant. Ni animaux, ni végétaux, ni même champignons, ces micro-organismes appartiennent cependant au même titre qu’eux à la grande lignée des eucaryotes, regroupant les êtres possédant des cellules à noyau. Ils représentent même à eux seuls quatre grands groupes à l’intérieur de cette classification qui en compte cinq. À proximité, les bactéries et les virus forment des nébuleuses encore très floues, où se devine un incroyable potentiel de diversité. Edward Mitchell, du laboratoire de Biologie du sol de l’université de Neuchâtel et Daniel Gilbert, du laboratoire Chrono-environnement, font partie des chercheurs s’intéressant de très près à ces phénomènes de l’infiniment petit.
Tous ces micro-organismes pullulant dans les sols, les lacs, les mousses jouent chacun un rôle particulier dans des mécanismes comme la photosynthèse, la prédation ou la décomposition. On ne connaît pas l’étendue de leurs fonctions, dont certaines sont peut-être redondantes, on ne sait pas davantage comment ils réagissent aux modifications des écosystèmes dans lesquels ils vivent… Leur connaissance apparaît primordiale pour la compréhension du vivant et des relations entre les espèces et au sein des écosystèmes. Leur responsabilité vis-à-vis de certains phénomènes biologiques a parfois été avérée a posteriori. Ainsi le tristement célèbre mildiou n’est pas provoqué par des champignons, comme on l’a longtemps pensé, mais par des oomycètes, plutôt proches des algues brunes et des diatomées. Ces agents pathogènes, en s’attaquant au tournesol, à la vigne et à toutes sortes de plantes, sont impliqués dans la destruction de récoltes, comme Phytophthora infestans qui, en ravageant les cultures de pomme de terre en Irlande au XIXe siècle, accula tout le pays à la famine. Placés sous haute surveillance, ces parasites font l’objet d’études les plus innovantes, à l’aide de procédés aujourd’hui appliqués à la grande famille des micro-organismes. Depuis dix ans, les recherches s’orientent à la fois vers la taxonomie et la phylogénie. Les études morphologiques permettent de déterminer une espèce par le biais de la microscopie électronique. L’approche moléculaire, en multipliant les séquençages d’ADN, les caractérise génétiquement et permet également de détecter des organismes inconnus en extrayant directement de l’ADN de l’environnement. Enfin, la microscopie optique à fluorescence permet de combiner les deux approches et de caractériser morphologiquement les organismes connus uniquement par leurs séquences d’ADN.
Euglypha compressa. Vue frontale de l’ouverture de la coquille à fort grossissement (microscopie électronique à balayage).
L’amibe se construit une coquille, ou thèque, en sécrétant des plaques d’oxyde de silicium qu’elle assemble à la manière de tuiles d’un toit. Les plaques de l’ouverture sont ornées de dents latérales.
Photo prise par Edward Mitchell et Jerry Kudenov à l’université d’Alaska à Anchorage
Les zones alluviales sont des terrains de prédilection pour l’étude de la diversité. Véritables mosaïques naturelles, elles présentent des visages différents à chaque détour de bosquet, nourries par des sols de granulométrie diverse allant de l’argile au galet ou au bloc, présentant différentes concentrations de minéraux. Alimentées par des cours d’eau pouvant être stables ou fluctuants, elles opposent des milieux très anciens à d’autres en constante évolution. En contact étroit avec leurs abords, elles « captent » les plantes des forêts ou des pâturages qu’elles traversent.
Depuis les années 1980, Jean-Michel Gobat et l’équipe de recherche du laboratoire Sol et végétation de l’université de Neuchâtel recensent les espèces et les associations végétales présentes dans les deux cents zones alluviales suisses d’importance nationale. Ces espaces, représentant en toute modestie 0,5 % du territoire national, concentrent à eux seuls environ mille cinq cents espèces sur les trois mille que compte le pays en plantes supérieures ! Même si le nombre global d’espèces et d’écosystèmes n’a guère changé depuis les années 1940, période à laquelle d’autres relevés avaient été établis, l’inventaire récent montre un net appauvrissement en espèces et associations les plus typiques des zones alluviales. La construction de digues apparaît, parmi d’autres causes, responsable de cette érosion.
L’endiguement des rivières à la fin du XIXe siècle ici et partout en Europe résultait de la double volonté d’augmenter les surfaces agricoles et de se mettre à l’abri des inondations. Cent ans d’expérience ont démontré les limites de l’endiguement. Canalisée, l’eau prend de la vitesse et de la force et, en aval, provoque des dégâts bien plus importants que ceux qu’elle pourrait occasionner au fil de méandres plus ou moins nonchalants. Par ailleurs, la puissance décuplée de ces cours d’eau redirigés lamine le fond de leur lit : on constate un abaissement des rivières jusqu’à plusieurs mètres pour les plus grandes, fragilisant par l’érosion des sols les installations construites alentour.
Pour pallier ce problème, certaines digues sont désormais détruites en Suisse, là où les territoires et l’habitat humain le permettent. Des mesures sécuritaires dont, par ricochet, la biodiversité va bénéficier.
La relation entre la gestion des prairies en Franche-Comté et leur biodiversité constitue le sujet d’une thèse proposée par le laboratoire Chrono-environnement de l’université de Franche-Comté sous la direction de François Gillet. Elle est mise en œuvre cet été pour une durée de trois ans, et fait partie d’un projet à plus long terme visant à mieux comprendre les changements en cours dans ces écosystèmes semi-naturels.
Les prairies représentent un enjeu économique régional important : elles fournissent les ressources de base de l’élevage et alimentent les filières fromagères dont le Comté est l’exemple le plus notoire. Appellation d’origine contrôlée (AOC) depuis 1958, le Comté a obtenu l’appellation d’origine protégée (AOP) en 2007, répondant à un cahier des charges européen qui impose des règles strictes sur la surface en herbe, la nature du fourrage et la fertilisation.
La biodiversité des prairies joue un rôle important mais encore mal connu dans les services des écosystèmes et sa gestion durable constitue un nouvel enjeu de la politique agricole. À partir d’études comparatives diachroniques et synchroniques, la thèse s’attachera à déterminer à quelles conditions les systèmes d’exploitation des prairies de fauche et des pâturages du Doubs et du Jura peuvent contribuer à la conservation et la restauration de la biodiversité à différentes échelles spatiales et temporelles.
Les paysages de la montagne jurassienne ont connu d’importantes transformations à partir des années 1950. Au début du XXe siècle, les pâturages faisaient l’objet d’une utilisation extensive, la charge en bétail se trouvait répartie sur de vastes surfaces, créant une mosaïque de prés-bois favorable à une biodiversité élevée. La politique productiviste de l’après-guerre bouleverse la donne. Les terres les moins fertiles ou les moins accessibles sont abandonnées à la forêt, provoquant une fermeture du paysage et la disparition progressive des prés-bois. Les pâturages communaux, jadis utilisés collectivement, sont parcellisés entre les éleveurs, avec pour résultat la concentration des bovins sur des surfaces plus restreintes. À partir des années 1990, pour répondre à un besoin accru de fourrage, on intensifie l’exploitation des prairies de fauche avec l’apport de nouveaux fertilisants (engrais, lisier) et l’augmentation du nombre de coupes d’herbe par an, des procédés connus pour leurs effets négatifs sur la biodiversité végétale.
L’herbe courte réputée riche en protéines fournissant les meilleurs nutriments pour la production laitière, la fauche précoce et répétée tend à se généraliser sur les prairies des plateaux jurassiens. Ces nouvelles pratiques empêchent la floraison des plantes et, par là même, le développement des insectes pollinisateurs. Les remembrements, avec la disparition des haies, des prés-bois et des cultures au profit de vastes surfaces réservées à la fauche, la conversion de prairies permanentes en prairies temporaires (labourées et semées), favorisent les pullulations de campagnols et perturbent les mécanismes naturels de régulation des écosystèmes.
Face à ces mutations qui affectent le paysage agro- sylvo-pastoral, les organisations professionnelles, naturalistes et scientifiques sont à la recherche de solutions pour l’avenir. Après avoir contribué à montrer le rôle déterminant du climat et du sol dans la définition des terroirs de la zone AOC Comté et la qualité des fromages, le laboratoire Chrono-environnement, en collaboration avec le Comité interprofessionnel du Comté (CIGC), le Conservatoire botanique national de Franche-Comté (CBNFC) et l’Office pour les insectes et leur environnement (OPIE), met aujourd’hui l’accent sur la dynamique de la biodiversité des écosystèmes prairiaux dans les paysages jurassiens, dans la perspective des changements anthropiques et climatiques en cours.
Financé par la Région, le projet de thèse permettra de dresser un bilan objectif et sectoriel de l’évolution de la biodiversité végétale des prairies, mesurée selon différents critères (taxonomiques, phylogénétiques, fonctionnels) et à différentes échelles. Le bilan s’appuiera entre autres sur la comparaison de relevés floristiques actuels et anciens, à partir d’une base de données de plus de deux mille relevés effectués au siècle dernier et collectés par le CIGC ou le CBNFC. L’étude du lien entre les indices de diversité, le mode de gestion, la qualité fourragère et le stock de carbone dans les sols servira à l’élaboration de modèles prédictifs.
Identifier le gène responsable de la production de substances odorantes par le maïs pour se protéger des attaques d’insectes nuisibles permet de restaurer ce système de défense auprès des espèces déficitaires. Un enjeu planétaire auquel les experts seront capables de répondre en appuyant leurs recherches à la fois sur des variétés de maïs ancestrales et des espèces cultivées.
Pour se défendre des attaques d’insectes nuisibles, le maïs émet un signal odorant attirant des prédateurs de ces assaillants. Ce signal volatil est envoyé par les feuilles lors de l’agression de chenilles Spodoptera littoralis. Répondant à l’appel, des escadrons de guêpes parasitoïdes viendront éliminer les insectes indésirables par l’intermédiaire des œufs qu’elles vont déposer dans les chenilles.
Le même processus est observé au niveau des racines. Le signal est diffusé dans le sol, amenant des nématodes, de minuscules vers parasites, à tuer les larves des coléoptères Diabrotica virgifera virgifera, responsables du ravage de milliers d’hectares de cultures aux USA, au Canada et en Europe. Ces constats sont le fruit des travaux menés par Ted Turlings, chercheur à l’Institut de biologie de l’université de Neuchâtel et directeur du Pôle de recherche national « Survie des plantes », en collaboration avec l’Institut Max Planck à Iéna en Allemagne.
Et si l’équipe de recherche a bien identifié la molécule EβC (E) – β – caryophyllène comme déclencheur du signal de détresse, elle a aussi mis en évidence que certaines espèces américaines de maïs ont perdu la faculté de produire cette molécule, résultat des processus de sélection traditionnelle des plantes. Leurs études leur ont permis d’identifier le gène contrôlant l’émission de EβC. La diversité des espèces de maïs existantes ont eu à ce titre un rôle primordial à jouer, et notamment les plants de maïs sauvages, héritiers directs des téosintes apparus voilà quelque trois mille ans qui, eux, sont toujours dépositaires du gène recherché. Le gène identifié puis sélectionné a été introduit directement dans une variété qui ne produisait plus ce signal d’alarme. Cette réparation du génome de la plante lui a à nouveau conféré la possibilité de se défendre par elle-même en attirant les nématodes. Une autre manière de restaurer le génome d’une plante ne produisant plus de EβC serait d’effectuer des croisements entre l’espèce porteuse et l’espèce à cultiver, dans le but de le faire réapparaître dans de nouvelles lignées de maïs, capables de lutter biologiquement pour assurer leur survie. Ceci ouvre de nouvelles perspectives intéressantes dans le cadre du développement de nouvelles technologies de lutte biologique.
Nichés au cœur de leur ville, les jardins botaniques de Besançon et de Neuchâtel sont les gardiens d’une diversité biologique qu’ils offrent au regard de tous.
Comptant chacun plusieurs milliers d’espèces, des plantes régionales jusqu’aux essences les plus exotiques, ils partagent leurs secrets de botanistes et invitent à renouer avec une connaissance floristique parfois perdue. Les étudiants y trouvent matière à observation et complément vivace de l’enseignement théorique reçu à l’université. Le grand public recouvre une perception éclairée de la nature, selon des approches en phase avec les préoccupations modernes.
Les jardins botaniques repensent leur rôle dans la société actuelle, s’épanouissant autour de nouveaux concepts et au contact de collaborations fructueuses. Ils poursuivent des missions d’actualité comme l’éducation à l’environnement et la conservation des espèces rares et menacées. Ainsi, le jardin botanique de Neuchâtel et d’autres en Suisse romande, ont signé une convention avec le Conservatoire botanique national de Franche-Comté pour la conservation ex situ d’espèces menacées, et un accord du même type est en cours de signature avec le jardin botanique de Besançon. À partir de graines mises en culture en dehors de leur milieu d’origine, les jardiniers veilleront avec le plus grand soin sur la naissance et le développement de plantes fragilisées dans leur environnement naturel. Des actions concrètes et concertées permettant aux jardins botaniques de remplir pleinement leur rôle dans l’action de la conservation ex situ.
La connaissance des plantes et des animaux fait un retour remarqué dans les programmes de l’université de Franche-Comté avec la création en septembre 2009 de la licence professionnelle Métiers du diagnostic, de la gestion et de la protection des milieux naturels.
Après un an de formation, les naturalistes nouvelle génération seront capables d’identifier et de mettre un nom sur les espèces observées, de dresser des inventaires aussi bien floristiques que faunistiques, auront acquis des connaissances en géologie, pédologie et hydrologie.
Cléron, Vouglans, Les Fourgs et la forêt de Chaux en Franche-Comté font l’objet d’écoles de terrain organisées plusieurs fois au cours de l’année pour une formation in situ, une particularité notable de la licence, qui développe par ailleurs des projets tutorés et inclut seize semaines de stage en entreprise. Outre la connaissance des milieux eux-mêmes, la licence met l’accent sur les aspects juridiques et administratifs entourant la gestion desdits milieux.
Technicien ou chargé d’étude de l’environnement, technicien gestionnaire d’espaces protégés, agent de recensement de patrimoine naturel sont quelques exemples de métiers ciblés par la licence professionnelle. Les compétences des futurs diplômés intéresseront les bureaux d’étude impliqués dans le diagnostic d’influence sur les milieux naturels lors de la réalisation de travaux d’aménagement du territoire, les associations telles que la LPO — Ligue de protection pour les oiseaux —, et l’OPIE — Office pour les insectes et leur environnement —, le Conservatoire botanique national, le Conservatoire régional des espaces naturels…
La licence professionnelle s’adresse aux titulaires de BTS, de DUT et aux étudiants ayant démarré un cursus universitaire en biologie et écologie, désireux d’intégrer rapidement le monde du travail. Elle peut aussi servir de passerelle pour accéder à un master professionnalisant dans ces domaines. Sous la responsabilité de Carole Bégeot, du laboratoire Chrono-environnement, elle est mise en place avec la collaboration du lycée agricole de Montmorot (39) impliquant ses étudiants comme ses enseignants, tous fortement motivés par une formation encore peu répandue en France, au renouveau attendu par les milieux professionnels et le monde universitaire.
Contact : François Gillet – Arnaud Mouly – Carole Bégeot – Daniel Gilbert
Laboratoire Chrono-environnement
Université de Franche-Comté
Tél. (0033/0) 3 81 66 62 81 / 64 49 / 65 13 / (0033/0) 3 81 99 46 95
Ted Turlings – Claire Arnold – Igor Chlebny
Institut de biologie
Université de Neuchâtel
Tél. (0041/0) 32 718 31 58 / 25 03 / 25 07
Jean-Michel Gobat – Edward Mitchell
Laboratoires Sol et végétation et Biologie du sol
Université de Neuchâtel
Tél. (0041/0) 32 718 23 37 / 23 45
Jardin botanique
Université de Franche-Comté / Ville de Besançon
Tél. (0033/0) 3 81 66 57 78
Jardin botanique
Université de Neuchâtel / Ville de Neuchâtel
Tél. (0041/0) 32 718 23 55
