Chapitre I : Contexte et problématique biologique

1. Introduction

1.1. Définitions et généralités

Le terme « biodiversité » ou « diversité biologique » a été utilisé pour la première fois dans les années 80 et a été défini comme étant la variété et la diversité du monde vivant. La biodiversité reflète le nombre, la diversité et la variabilité des organismes vivants, ainsi que la façon dont ces aspects changent d‘un endroit à l‘autre et avec le temps. Les biologistes ont continué à chercher une définition universelle jusqu‘au milieu des années 90. Certains comme Adams ont considéré que le terme est dorénavant largement employé dans la littérature et n‘admet pas une définition unifiée (DeLong, 1996). Parmi les définitions de la « diversité biologique », celle donnée par Schwarz comme étant « toute la diversité et la variabilité de la nature » et celle donnée par Spellerberg et Hardes lors du National Forum on Biological Diversity en 1986 avec l‘emploi du terme définitif « biodiversité » comme étant « la variété de la nature et de ses processus » sont les plus significatives. L‘intérêt porté à la biodiversité a augmenté de manière quasi-exponentielle durant les années 80 et 90 (Oksanen et al., 2004) et a coïncidé avec la prise de conscience mondiale de la disparition d‘espèces vivantes et la nécessité de protéger et de préserver la nature. Il existe 3 niveaux de biodiversité :

 La biodiversité génétique qui consiste à décrire la diversité des gènes au sein d‘une même espèce (groupe d‘êtres vivants interféconds). Il s‘agit de la diversité intra-spécifique.

 La biodiversité spécifique qui décrit la diversité des espèces déterminée par la taxinomie. Il s‘agit de la diversité interspécifique.

 La biodiversité des écosystèmes qui décrit la diversité des écosystèmes de la Terre. L‘homme, faisant partie de la nature, plus au moins conscient du rôle des autres organismes pour sa propre survie, a toujours essayé de catégoriser le monde du vivant. Depuis l‘utilisation de caractères de similarité morphologique jusqu‘à la description de la diversité génétique, les classifications ne cessent d‘évoluer. L‘interdépendance de tous les organismes assurant le bon fonctionnement des différents écosystèmes a conduit ces dernières années à une prise de conscience de la nécessité de préserver la biodiversité.

Cinq évènements paroxysmaux d‘extinction d‘espèces ont rythmé l‘histoire de la Terre. Plusieurs signes alarmants (modifications d‘usage des écosystèmes, démographie humaine,

Mohieddine MISSAOUI Page 36 surexploitation des ressources vivantes, changement climatique actuel) indiquent qu‘une 6éme

extinction de masse est probablement en cours. Les tentatives d‘estimation de l‘érosion de la biodiversité restent cependant très imprécises.

Afin d‘évaluer cette érosion, il est nécessaire de mesurer et d‘estimer la biodiversité en développant de nouvelles approches qualitatives et quantitatives (Sarkar, 2005). En conséquence, pour mieux cerner la biodiversité au travers de la caractérisation des espèces, de nombreux paramètres doivent être considérés tels que la définition des espèces (diversité spécifique), l‘abondance de ces espèces, la diversité fonctionnelle (définition des services écosystématiques), la variation individuelle définissant la richesse infraspécifique et la distribution dans l‘espace faisant référence à la notion de biogéographie. Signalons que l‘estimation de la biodiversité est souvent confondue avec l‘estimation de la diversité d‘espèces car les méthodes théoriques utilisées sont souvent basées sur des indices relatifs à l‘abondance d‘une part et à la richesse spécifique d‘autre part (Hamilton, 2005). Malgré l‘efficacité – qui reste relative – des mesures prenant en compte uniquement la richesse des espèces, il est également conseillé d‘intégrer les paramètres écologiques et environnementaux qui interviennent souvent dans les prises de décisions politiques à l‘échelle mondiale (Gotelli et al., 2001). Les indices les plus souvent évoqués sont la caractérisation de l‘état de santé de l‘écosystème, le capital écologique, la performance écologique, les impacts sur le changement climatique (température moyenne globale et indice de concentration atmosphérique du CO2, premier gaz à effet de serre). D‘après le rapport sur la biodiversité du Programme de l‘Environnement des Nations Unies UNEP1 (United Nations Environment Programme) du Centre de surveillance de la conservation du monde (World Conservation Monitoring Center), la diversité biologique serait de l‘ordre de plusieurs millions d‘espèces dont la grande majorité est encore inconnue. En d‘autres termes, l‘introduction, ainsi que le succès du terme « biodiversité » ont marqué plusieurs changements intervenus récemment dans notre perception et notre compréhension de la diversité du vivant. La diversité biologique présente deux aspects de ces changements. La première est l'ampleur insoupçonnée de la diversité des espèces. Les méthodes indirectes laissent à penser qu'il existe plus de 10 millions d'espèces animales, végétales et d‘invertébrés de très petite taille. S'ajoute à cela une richesse microbienne inégalée. Après trois siècles de travaux sur la systématique (Science de la classification des êtres vivants), les scientifiques ont déjà énuméré 1,7 millions d'espèces et continuent à décrire de nouvelles espèces à un rythme d'environ 10 000 par an. Cette complexité du monde vivant nous oblige à repenser les stratégies d'exploration de la biodiversité et à déterminer de nouveaux indicateurs prédictifs. Au-delà de cet inventaire, les systématiciens ont utilisé l'approche cladistique élaborée par William Henning permettant de développer de nouvelles méthodes qui

————————— 1UNEP: http://www.unep.org/

Mohieddine MISSAOUI Page 37 rendent possible une véritable classification phylogénétique du vivant c'est-à-dire l‘établissement d‘une parenté évolutive entre les espèces. Ces méthodes ont radicalement changé la classification des organismes et, plus globalement, notre vision de « l'arbre de la vie ». Le deuxième aspect des changements dans notre perception de la diversité biologique est l'existence d'autres niveaux d'organisation que la diversité des espèces, des niveaux qui doivent être étudiés pour comprendre et mieux gérer la biodiversité (Chevassus-au-Louis, 2007).

Tout d‘abord, la diversité intra-spécifique, jusqu'alors décrite principalement pour les espèces domestiques, est maintenant décrite pour toutes les espèces par l‘utilisation de marqueurs moléculaires et sera bientôt l'objet d'une étude de masse du fait des développements récents des techniques de séquençage ultra-haut débit. De même, au niveau supra-spécifique, la diversité des communautés écologiques et des écosystèmes exige de comprendre le rôle des interactions entre organismes et avec leur environnement assurant le fonctionnement des écosystèmes. Les « points chauds » de la diversité sont particulièrement étudiés car ils pourraient, de plus, constituer des refuges d‘espèces. Ainsi, une meilleure connaissance de la biodiversité contribuera à définir son rôle dans la stabilité et dans la résilience des écosystèmes naturels et anthropisés. Il sera alors possible de mieux quantifier l‘érosion de la biodiversité et d‘envisager des actions correctrices de préservation.

1.2. Types de mesure de la diversité

D‘après Hawksworth (1995), mesurer la biodiversité en calculant le nombre d‘espèces dans un site donné n‘est pas suffisant, car elle doit exprimer surtout la différence entre les individus habitant ce site. Cependant, trois approches sont possibles pour mesurer la diversité d‘une autre manière :

 Mesures taxonomiques : basées sur l‘étude d‘un groupe taxonomique supérieur à l‘espèce, tels que le genre ou la famille. Les études montrent que la mesure de la biodiversité chez certains groupes est significative lorsqu‘on mesure l‘espèce mais reste plus efficace chez d‘autres groupes d‘individus (supérieurs du point de vue taxonomique).

 Mesures moléculaires : basées sur les caractères moléculaires des différents individus étudiés. Le pourcentage de similarité des acides nucléiques est un moyen moléculaire pour calculer la biodiversité. Mais malgré la fiabilité de cette approche, elle reste dépendante de la nature du groupe étudié (eucaryotes, procaryotes) qui a souvent des caractères spécifiques qui évoluent différemment entre les espèces qui le compose.

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 Mesures phylogénétiques : basée sur des méthodes de reconstruction phylogénétique faisant intervenir la distance taxonomique et/ou la théorie de l‘évolution. Cette approche a pour but de calculer le niveau de conservation d‘une espèce dans un site donné. Elle fournit un indice de biodiversité à différents niveaux taxonomiques (royaume, phylum, …), mais elle dépend des données disponibles pour l‘analyse taxonomique.

Inopinément, après la découverte des microorganismes, il y a eu un bouleversement de l‘appréhension du monde du vivant. En effet, l‘Homme a découvert la vaste richesse de la planète apportée par ces êtres vivants microscopiques. Depuis près de 4 milliards d‘années, ils ont évolué de manière continue. Aujourd‘hui, on estime à seulement 1% le pourcentage des micro-organismes connus sur Terre, sachant que ces êtres vivants représentent le tiers de sa biomasse (Whitman et al, 1998).

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Dans le document Contributions algorithmiques à la conception de sondes pour biopuces à ADN en environnements parallèles (Page 36-40)