Biogéographie - Université Paris-Sud

Les grandes régions
biogéographiques
Ecologie
Biogéographie
Marc Girondot, Université Paris Sud
Les grandes régions
biogéographiques
!  Alexander
von Humboldt
(1769-1859) et Aimé Jacques
Alexandre Goujaud, dit Bonpland
(1773-1858)
!  De 1799 à 1804, ils font une
expédition en Amérique qui reste
exemplaire pour la quantité de données
rapportées. Une carte de la végétation
est produite.
Les grandes régions
biogéographiques
!  Thomas
Henry Huxley (1825-1895)
!  Exclu les Philippines en 1868 de la partie
orientale de la ligne de Wallace
principalement sur la base de la répartition
des Megapodiidae:
"  Huxley, T. H. (1868) On the classification and
distribution of the Alectoromorphae et
Heteromorphae. Proceedings of the
Zoological Society of London,
6, 249–319.
Talégalle de Latham
(Alectura lathami)
!  Au
milieu du 19ème siècle, les “voyageurs
naturalistes” ont commencé un inventaire
suffisamment complet pour que des
tendances s’observent sur la répartition des
espèces sur la terre.
Les grandes régions
biogéographiques
!  Alfred
Russel Wallace (1823-1913)
!  Il fit tout d'abord des recherches sur le
bassin fluvial de l'Amazone, puis dans
l'archipel Malais où il identifia la ligne
séparant la faune australienne de celle de
l'Asie, qui fut appelée « ligne Wallace » en
sa mémoire.
Les grandes régions
biogéographiques
!  Charles
1882)
Robert Darwin (1809–
!  Au cours de son voyage sur le Beagle
(1831-36), a l’intuition que les
phénomènes de colonisation
expliquent la répartition des espèces.
Les grandes régions
biogéographiques
!  C’est
un canevas obtenu sur la base de
distributions d’espèces ou de groupes
d’espèces communes sur de très grandes
aires géographiques.
!  Alphonse
Pyrame de Candolle
(1806-1893)
!  Publie une Géographie botanique
raisonné 1856. Fils d’Augustin Pyrame de
Candolle qui a entrepris un livre
recensant toutes les plantes connues à
l’époque (58 975).
!  Philip
Bullidae (Gastropoda:
Opisthobranchia)
Lutley Sclater (1829-1913)
!  Séparation du monde en 6 régions
zoologiques dans un article des
Proceedings of the Linnean Society
Qu’est-ce qu’une région
biogéographique ?
La première hypothèse formulée fut celle de
spéciation par dispersion à partir d’un centre
d’origine.
!  Ainsi, les frontières entre zones biogéographiques
correspondraient à la présence de barrières
pratiquement infranchissables.
!  Après un franchissement, très improbable, il se
produit une radiation de spéciation dans la
nouvelle aire colonisée.
! 
Ligne de Wallace
Les régions de Sclater 1858
D’où proviennent ces régions ?
La première hypothèse formulée fut celle de
spéciation par dispersion à partir d’un centre
d’origine.
!  Ainsi, les frontières entre zones biogéographiques
correspondraient à la présence de barrières
pratiquement infranchissables.
!  Après un franchissement, très improbable, il se
produit une radiation de spéciation dans la
nouvelle aire colonisée.
! 
D’où proviennent ces régions ?
Exemple de l’Amérique centrale
Plutôt hospitalier !!!!
Costa Rica
!  Théorie
proposée en 1915 par
l’allemand Alfred Wegener qui
était météorologue et non géologue
dans une version révisée de son
livre de 1912 «!Die Entstehung der
Kontinente und Ozeane”."
!  Le livre sera publié en anglais en
1924 «!The Origin of Continents
and Oceans!»."
Autre solution:
Dérive des continents
1880-1930"
!  Distribution
des
fossiles de
mésosaures à la fin
du carbonifère et au
permien.
!  Dépôt
de roches à
forte concentration
métallique
Les données
utilisées par
Wegener
Les données utilisées par Wegener
! 
Qui sont les mésosaures ?
Certes, l’animal, avec ses
doigts palmés et sa longue
queue aplatie, vit dans un
milieu marin (ses ancêtres
étaient terrestre). Mais
ces caractéristiques ne
sont pas suffisantes pour
lui permettre de traverser
l’océan Atlantique. Dans le
cas contraire, on le
retrouverait ailleurs qu’au
Brésil et en Afrique
australe.
Les mésosaures
!  La
dérive des continents a été très combattue
à telle point que Wegener lui-même finit par
l’abandonner.
!  Cette théorie finira quand même par être
validée lorsque la tectonique des plaques sera
comprise.
! 
L’ensemble des terres
émergées est
regroupé sous la
forme d’un seul
continent: la Pangée.
! 
téthys
Vers 230-160 millions d’années, celle-ci se brise
en 2 morceaux, la Laurasie au Nord et le
Gondwana au Sud.
!  Laurasie: Amérique du Nord, Eurasie
!  Gondwana:Afrique, Amérique du Sud, Inde, Australie,
Antarctique
! 
Dérive des continents et tectonique
des plaques
!  Le
Gondwana va à son tour se disloquer en
5 fragments:
!  Amérique du Sud, Afrique, Inde, Antarctique,
Australie
!  Et
la Laurasie en 2 fragments
!  Amérique du Nord,
!  Eurasie
Devenir du
Gondwana et
de la Laurasie
Ouverture en 1914 du canal de Panamá
Ces deux masses se déplacent dans la
panthalassémie (océan).
La Pangée
!  L’Amérique
du Sud et celle
du Nord rentrent en
collision et l’Amérique
centrale se forme à partir
de 30 millions d’années et
continue de se former !
!  L’Océan Atlantique se
sépare alors du Pacifique
en plusieurs étapes.
Suite de l’histoire
Volcan Arénal
Costa Rica
février 2004
La Compagnie Universelle du canal
maritime de Suez de Ferdinand de
Lesseps construit le canal entre 1859 et
1869 sans avoir besoin d’écluses.
250 immigrants lessepsiens ont été
dénombrés en Méditerranée
Le sigan margerite,
poisson herbivore
Siganus stellatus
Réouverture de la liaison récente
Comparaison avec le canal de Suez
Synthèse
Structure des plaques tectoniques
Structure des plaques tectoniques
La situation actuelle
La limite Afrotropicale-Paléarctique est plus basse que la limite des plaques (la
Méditerranée)
Climats en
Afrique
actuellement
Limite Afrotropicale-Paléarctique
La limite Afrotropicale-Paléarctique est plus basse que la limite des plaques (la
Méditerranée) car le Sahara a constitué secondairement une barrière depuis
6000 ans environ.
Exemple de faunes
associées
Subclass Archosauria!
Order Crocodylia!
Suborder Eusuchia!
!  L’absence
de crocodiliens actuellement en
antarctique s’explique aisément en raison
du climat (voir plus loin dans le cours). Il
est par ailleurs très difficile d’y trouver des
fossiles en raison de l’épaisseur de glace
qui recouvre tout.
!  L’absence en Eurasie est récente puisque
des fossiles de crocodiliens sont connus en
France.
Conclusion
La description d’un crocodilien en Normandie sur la base d’un
fragment d’os par Georges Cuvier (1769-1832) est parfois
considéré comme la naissance de l’Anatomie Comparée.
L’absence
en Eurasie
!  L’Eurasie
a subit
durant le
quaternaire une
série de
modifications
climatiques qui ont
profondément
modifié la
structure de la
faune et de la
flore.
Retour aux régions
biogéographiques
!  Des
tentatives pour découper secondairement
ces régions ont été faites, mais la généralité
de ces sous-régions est souvent restreinte à
un groupe d’organisme.
Découpages
successifs
!  Il
y a 313 espèces de tortues décrites
séparées en deux grands groupes
– 
La phylogénie peut-elle
aider à retrouver la dérive
des continents ?
Les pleurodires
Les cryptodires
Exemple des chéloniens…
Biogéographie actuelle des
pleurodires
Phylogénie et systématique des
Pleurodires
"
"Famille Chelidae "
"
"Austro-American Sideneck Turtles "
"Super famille Pelomedusoidea"
"
"Famille Pelomedusidae"
"
"
"Afro-American Sideneck Turtles"
"
"Famille Podocnemididae "
"
"
"Madagascan Big-headed & "
Sous-ordre Pleurodira"
"
"
"American Sideneck River Turtles"
Distribution des Chelidae
! 
Austro-American Sideneck Turtles"
Distribution des Podocnemididae
Madagascan Big-headed & "
"
"
"American Sideneck River Turtles"
Distribution des Pelomedusidae
! 
Afro-American Sideneck Turtles"
!  Les
faunes actuelles peuvent ne représenter
qu’une partie de l’histoire car il est possible
que des formes aient existé ailleurs mais
aient disparu.
Apport des fossiles
Crétacé - Secondaire
65 millions
Hamadachelys escuilliei"
Chelonia - Pleurodira - Podocnemididae ! d’années
Madagascan Big-headed & "
"
"
"American Sideneck River Turtles"
! 
Tong, H. et Buffetaut, E. 1996. A new genus
and species of pleurodiran turtle from the
Cretaceous of southern Morocco. N. Jb. Geol.
Paläont. Abh., 199, 1, 133-150 "
!  En
réalité, les pleurodires étaient présents sur
toute la Pangée mais ont été exclues de la
Laurasie par un nouveau groupe de tortues
apparu en Chine et qui s’est dispersé dans
toute la Laurasie: les Emydidae, dont fait
partie la Cistude d’Europe présente en France.
Conclusion
Eocène - Tertiaire
37 à 49 millions
d’années
Papoulemys laurenti"
Chelonia - Pleurodira - Podocnemididae!
!  Tong,
H. 1998. Pleurodiran turtles from the Eocene
of Saint-Papoul (Aude, southern France). Oryctos,
1, 45-53. "
!  La
température, au même type que
l’hygrométrie, explique une grande proportion
de la répartition actuelle des espèces.
Candolle, Alphonse Pyrame, de.
1855. Géographie botanique
raisonnée. Masson, Paris, France.
L’effet de la température sur la
répartition des espèces
Les isothermes
!  Température
!  Unité de mesure USI en
K (Kelvin) et non °K !
"  °C Celsius accepté aussi
"  °F Farhenheit ou °R Rankine
!  La
chaleur correspond au transfert de
l’énergie cinétique d’un corps vers un autre
ou d’une source d’énergie vers un corps.
!  L’unité USI de la chaleur est le Joule de
symbole J
Définitions
Lignes fictives au niveau de la
surface de même température
Les isothermes permettent de
définir des surfaces isothermes
Les isothermes moyens permettent
de définir les climats
Exemple de répartition
Mauremys leprosa
Emys orbicularis
Lignes d’iso-ensoleillement
Aucune
E. orbicularis
E. orbicularis + M. leprosa
!  Hibernation : rythme annuel
!  Hivernation : rythme annuel
!  Torpeur : rythme nycthéméral
L’héliothermisme chez les chéloniens
Température comme facteur de
limitation de répartition
!  Sténothermes:
ne tolèrent qu’une faible
gamme de températures
!  Poissons tropicaux
!  Eurythermes:
températures
tolèrent une grande gamme de
!  Ex. : organismes intertidaux
Tolérance au changement de
température
!  Ectotherme
vs. endotherme
!  La chaleur est-elle d’origine métabolique
(thermogénèse) ou tirée principalement de
l’environnement
!  Hétérotherme
!  Les différents organes répondent différemment.
!  Ex. Nageoires de thon à 25°C
"  Ailes de bourdon, abeille ou sphinx à 30°C
!  Température
eccritique
!  Preferendum thermique
!  Attention,
ce n’est pas l’optimum thermique
qui est la température à laquelle une activité
donnée est la plus importante.
Arabidopsis thaliana
3-deoxy-D-mannooctulosonate 8-phosphate
synthase
Choix thermique
Les modalités d’échange
de chaleur
!  Absorption
solaire
!  La chaleur absorbée dépend de la lumière disponible
et de la couleur de l’animal.
!  Si les écailles, plumes ou poils sont brillants, une
partie de la lumière sera réfléchie.
!  Possibilité de changer de couleur pour
contrôler la température corporelle
(polymorphisme, instantanément ou sur un rythme
annuel).
Thermorégulation chez les animaux
!  Papillon
ayant une large aire de répartition
Les papillons du genre Colias sont des exemples excellents de
mélanisation alpine en présentant des clines altitudinaux à la fois au
niveau intra-spécifique et inter-spécifique.
Effet de la couleur
Le polymorphisme des Colias
Ellers J, Boggs CL: Functional ecological implications of intraspecific differences in wing melanization in Colias
butterflies. Biological Journal of the Linnean Society 2004, 82(1):79-87.
Le poil de l’ours polaire éclairé en ultra-violet ne réémet aucune lumière d’où l’idée
qu’il se comporte comme une fibre optique conduisant la lumière jusqu’à la peau
de l’ours!
!  Grojean, R. E., Sousa, J. A., and Henry, M. C., "Utilization of solar radiation by polar
animals: an optical model for pelts", Appl. Opt. 19 , 339-46 (1980)."
!  Tributsch, H., Goslowsky, H., Küppers, U., and Wetzel, H., "Light collection and solar
sensing through the polar bear pelt", Sol. Energy Mater. 21 , 219-36 (1990). "
Radiation
infrarouge
!  Tout
corps qui n’est pas à
0 K émet des infrarouges. Le
sens du flux dépend de la
température de l’animal et
des objets l’entourant.
En fait, non… le poil de l’ours blanc ne laisse passer
1/1000ème de la lumière reçue!
!
Koon, Daniel W., "Is Polar Bear Hair Fiber Optic?",
Applied Optics, 37 , 3198-3200 (1998). "
"
Mais le poil de l’ours absorbe les UV ce qui est une
propriété connue de la kératine."
Le cas de l’ours polaire
Convection
! 
Transfert de chaleur d’un objet à un fluide (air ou
eau en général).
! 
Le flux net peut-être entrant ou sortant de l’animal.
! 
Le transfert augmente lorsqu’il y a du courant ou du
vent. Mais le corps de l’animal plus ou moins chaud
que le milieu crée lui-même un courant.
! 
L’efficacité du transfert dépend de la forme de
l’animal et de la texture de sa surface. En général,
une surface rugueuse limite l’effet de la convection
en limitant les mouvements de liquide à proximité
du corps.
Le transfert de chaleur existe aussi entre
individus et expliquerai l’existence de
copulation multiple chez certains serpents
à la sortie de l’hivernation.
Quand la femelle de la couleuvre rayée
Thamnophis sirtalis sort d’hivernation
au Canada, elle produit une
phéromone qui attire des centaines de
serpents mâles dans le voisinage et se
forme une « balle d’accouplement ».
Conduction
Conduction
!  Transfert
de chaleur entre deux corps, par
contact, par exemple un animal dans son
terrier
Heterocephalus glaber
(rat-taupe nu)
•  Lors de la respiration, l’animal expulse de l’air saturé
en vapeur d’eau. A moins que l’air inhalé soit lui
même saturé en eau, l’évaporation qui se produit
dans le poumon fait perdre de la chaleur à l’animal.
•  Le halètement est une méthode très efficace pour
perdre de la chaleur.
! 
L’évaporation peut aussi se produire au
niveau de la peau. Par exemple,
Templeton (1970) estime que 60% de
l’eau est perdue chez un lézard par la
peau et 40% par la respiration.
Evaporation
!  Beaucoup
de réactions biochimiques
dissipent une énorme quantité d’énergie
sous la forme de chaleur.
!  Certains organismes utilisent ce
métabolisme pour générer de la chaleur et
maintenir leur température corporelle plus
élevée que celle du milieu.
Métabolisme