Amazonie : une étude évalue le rôle des rivières dans la création de la riche biodiversité amazonienne

 Traduction de l’article rédigé par Luís Patriani pour news.mongabay.com – Publié le 17 Novembre 2021


Au XIXe siècle, le naturaliste britannique Alfred Russel Wallace, qui a développé la théorie de la sélection naturelle indépendamment de Charles Darwin, a émis l’hypothèse que les grands fleuves du bassin amazonien pourraient être des barrières naturelles influençant la diversité de la vie dans la forêt.
Alors que la théorie de Wallace a été prouvée par des études sur les vertébrés, une nouvelle étude montre maintenant comment elle s’applique également aux espèces végétales.
L’étude a révélé que la grande variété de la flore en Amazonie n’est pas le résultat d’un seul facteur, mais plutôt de la combinaison de nombreux facteurs différents.
Pour certaines plantes, les larges rivières étaient une barrière importante pour pouvoir créer de nouvelles espèces ; pour d’autres, la dispersion des graines par le vent, l’eau et les animaux était le facteur déterminant.


Depuis que les premiers naturalistes européens sont arrivés dans la forêt amazonienne à la fin du XVIIIe siècle pour cataloguer ses abondantes merveilles naturelles, l’une des questions les plus intrigantes a été de savoir ce qui a créé une si riche biodiversité de la flore et de la faune dans la région. L’Amazonie abrite la plus grande concentration de biodiversité sur Terre, avec 10 % des espèces décrites dans le monde à l’intérieur de seulement 0,5 % de la surface totale de la planète.

Parmi les scientifiques attirés par cette région se trouvait le naturaliste britannique Alfred Russel Wallace, qui a développé sa théorie de la sélection naturelle à peu près au même moment où Charles Darwin avait son propre moment eurêka aux Galápagos. Wallace a exploré le bassin amazonien de 1848 à 1852, émettant l’hypothèse que les grands fleuves pourraient servir de barrières naturelles et influencer la distribution géographique et la génération de la splendide gamme d’êtres vivants dans une forêt tropicale humide – un biome dans lequel un seul hectare de la terre contient autant de variété d’espèces végétales que toute l’Europe.

En étudiant les primates, Wallace a remarqué que certaines espèces trouvées sur une rive de la rivière Negro, un affluent de l’Amazone, ne se trouvaient pas sur la rive opposée de la même rivière. Il a conclu que les fleuves immensément larges de l’Amazonie, dont certains peuvent atteindre des largeurs de 50 kilomètres (30 miles) pendant la saison des pluies, peuvent avoir limité la dispersion des animaux entre les rives et bloqué le flux génétique, la migration des gènes entre les populations. Le concept peut être appliqué à différents organismes pour évaluer le niveau d’isolement génétique entre des populations situées sur les rives opposées des rivières.

Concrètement, l’hypothèse de Wallace postulait que, outre la séparation des populations d’une même espèce, sur des millions d’années, ces barrières géographiques auraient conduit à une accumulation de différences génétiques entre les groupes situés le long des différentes berges, conduisant à la formation d’espèces entièrement nouvelles. . C’est un phénomène qui se produit partout dans le monde, en particulier dans les régions montagneuses comme les Andes, où le soulèvement de la chaîne de montagnes a généré la grande biodiversité que l’on trouve de chaque côté de la chaîne aujourd’hui.

L’hypothèse de Wallace a été prouvée dans des études portant sur les vertébrés, mais n’avait toujours pas été testée en termes d’espèces végétales. Aujourd’hui, plus d’un siècle et demi après l’incursion de Wallace en Amazonie, un groupe de chercheurs brésiliens et américains a entrepris de répondre à cette question dans une étude récemment publiée dans la revue Frontiers in Plant Science.

« Nous avons réinterprété l’hypothèse de Wallace en termes génétiques, car la version originale traite des modèles de distribution des espèces en fonction des barrières biogéographiques », explique l’auteur principal Alison Nazareno, professeur à l’Institut des sciences biologiques de l’Université fédérale de Minas Gerais (UFMG). « Notre étude a tenté de répondre à la question de savoir à quoi s’attendre en ces termes si un grand fleuve séparait les populations d’une même espèce. »

La chercheuse Lúcia Lohmann collecte des échantillons pour l’étude. Image de Leonardo Ramos Chaves.

L’étude visait à élargir la thèse en se concentrant sur les modèles de structuration génétique chez les plantes. L’expédition sur le terrain qui a démarré l’étude a duré sept jours et a généré trois ans de travail en laboratoire. À bord d’un bateau fluvial amazonien, les chercheurs ont navigué sur la rivière Negro, qui peut atteindre à certains endroits une largeur de plus de 20 km (12 mi), jusqu’à l’embouchure de la rivière Branco, l’un de ses affluents les plus étroits, qui va encore de 1 à 4 km (0,6-2,5 mi) de large dans la zone étudiée. L’objectif était de tester l’hypothèse des rivières comme barrières en examinant des rivières de différentes largeurs.

Les chercheurs ont extrait l’ADN d’échantillons de feuilles collectés pour estimer le niveau de flux génétique entre des populations représentatives de quatre familles botaniques : Bignoniaceae, Passifloraceae, Rubiaceae et Violaceae.

« Nous avons mesuré la variation génétique au sein d’une seule espèce végétale, mais dans des populations situées sur les rives opposées de la rivière », explique Nazareno. « Nous avons utilisé un indice de différenciation génétique qui va de zéro à un. L’échelle la plus proche de un indique des populations qui, même si elles devaient hypothétiquement se croiser dans le futur, n’arriveraient pas à laisser une descendance fertile. Les résultats ont montré que la grande variété de la flore amazonienne n’est pas le résultat d’un seul facteur mais plutôt une combinaison de nombreux facteurs historiques et écologiques.

Les chercheurs stockent des échantillons de plantes collectés dans du journal. Image de Leonardo Ramos Chaves.

Pour certaines espèces végétales, les fleuves larges constituent une barrière importante à la connexion génétique, permettant ainsi le processus de spéciation, où des populations distinctes évoluent le long de trajectoires différentes. Pour d’autres, les aspects écologiques tels que la dispersion des graines par le vent, l’eau ou les animaux ainsi que la pollinisation et l’adaptation au sol sont plus pertinents pour leur histoire évolutive que la géographie. « La rivière Branco ne reflétait aucun obstacle au flux génétique d’aucune des espèces végétales que nous avons analysées dans cette étude », explique la co-auteur de l’étude Lúcia Lohmann de l’Institut des biosciences de l’Université de São Paulo (IB-USP). « D’un autre côté, la rivière Negro constituait une barrière importante pour Amphirrhox longifolia, une espèce de la famille des Violaceae. »

Selon Lohmann, A. longifolia est disséminé par des poissons vivant dans des niches restreintes et qui atteignent occasionnellement la rive opposée de la rivière. Cela contribue à l’isolement génétique des populations de l’espèce dans un processus qui conduira probablement à l’émergence de nouvelles espèces végétales à l’avenir.

Le même processus d’isolement génétique est évident chez l’espèce Buchenavia oxycarpa, de la famille des Combretaceae. Dispersées par des primates qui ne peuvent pas traverser la rivière Negro, les populations de cette espèce trouvées sur les rives opposées de la rivière ont leurs propres structures génétiques fortes, indiquant un flux génétique limité – une partie importante du processus de spéciation.

Un échantillon de fleurs recueillies pour l’étude. Image de Leonardo Ramos Chaves.

Lohmann a coordonné des études sur l’origine et l’évolution du biote amazonien depuis 2003, avec Joel Cracraft du Musée américain d’histoire naturelle. Elle dit que ce type de données est assez important car il permet la création d’une politique publique plus efficace qui maximise la conservation des régions et des lignées clés de l’Amazonie.

« Notre connaissance de l’Amazonie est encore assez fragmentée. Ce n’est que grâce à une gestion basée sur des connaissances scientifiques de haute qualité et une forte familiarité avec les processus écologiques et évolutifs responsables de la génération et du maintien du haut niveau de biodiversité trouvé dans cette région que nous pourrons établir des stratégies efficaces pour la conservation de la grande biodiversité. trouvé en Amazonie aujourd’hui », dit Lohmann.

« C’est un travail de détective qui intègre différents types de données – à la fois biologiques et géologiques – pour découvrir l’origine de la forêt et la façon dont elle s’est formée », ajoute-t-elle. « Une solide connaissance de l’Amazonie est essentielle à sa préservation, car les humains ne conservent que ce qu’ils savent, aiment et valorisent. »

Citation:

Nazareno, A. G., Knowles, L. L., Dick, C. W., & Lohmann, L. G. (2021). By animal, water, or wind: Can dispersal mode predict genetic connectivity in riverine plant species? Frontiers in Plant Science12. doi:10.3389/fpls.2021.626405

Banner image: Researchers collect plant samples from a boat in the Amazon. Image by Leonardo Ramos Chaves.

This story was reported by Mongabay’s Brazil team and first published here on our Brazil site on Oct. 15, 2021.