La séquestration du carbone

Dimanche 5 Mars 2017


Le carbone, sous sa forme oxydée : CO2, est un gaz qui joue un rôle majeur dans l’effet de serre car il entraîne au fur et à mesure qu’il s’accumule dans l’atmosphère un réchauffement de la surface de notre planète ; séquestrer le carbone c’est l’emprisonner de manière qu’il perde ce rôle néfaste.

Nous ne nous intéresserons pas aux tentatives humaines faites pour atténuer les effets de serre (notamment l’enfouissement du CO2 dans des réservoirs profonds vidés de leurs contenus pétroliers ou autres), les résultats sont jusqu’ici très insuffisants ; nous examinerons surtout le transfert du carbone de l’atmosphère vers la biosphère qui est un processus naturel résultant de la photosynthèse, celle-ci utilise du CO2 et de l’eau pour fabriquer, dans les chloroplastes des plantes (et de tous les organismes photosynthétiques), des sucres, sources d’énergie des  réactions biochimiques à l’origine de la matière vivante.

Avant l’expansion  de l’espèce humaine et surtout de la révolution industrielle que se passait-il ? La source essentielle de carbone (sous forme de CO2) disponible dans l’atmosphère était celle produite par l’activité volcanique, les incendies accidentels et l’activité des microorganismes dégradant les déchets organiques au sol. Le carbone s’accumulait par photosynthèse dans la matière végétale mais cette séquestration n’était que temporaire car à leur mort les végétaux se déposent au sol en litière et ces déchets sont en partie dégradés par les microorganisme (retour donc du carbone dans l’atmosphère suite à la respiration de ces microorganismes) le reste   pouvait évoluer sous terre,  en conditions d’anaérobie, de forte pression et de températures élevées, en tourbe, lignite et charbon ou en pétrole et  gaz. Cette séquestration d’origine biologique était  définitive.

La révolution industrielle a profondément modifié cette situation. Le carbone enfoui dans le sol a été brutalement remis dans l’atmosphère sous forme de CO2 après combustion du charbon ou du pétrole dans les machines créées par l’homme. Que sont devenues les capacités de séquestration biologique du carbone ?
En ce qui concerne les forêts non exploitées (vierges) les séquestrations biologiques temporaires ou définitives n’y sont évidemment pas affectées mais la surface de ces forêts est devenue insignifiante.
Pour les forêts exploitées que se passe-t-il ? Le résultat dépend du devenir définitif du sol de la zone exploitée. 
Si le sol est affecté à autre chose qu’à la forêt (agriculture ou habitat par exemple) il y a perte totale des capacités de séquestrations biologiques qu’elles soient temporaires et définitives.  La forêt exploitée par l’homme sera utilisée immédiatement pour le chauffage ou très temporairement comme matière première (meubles, charpentes  etc.) avant combustion définitive et retour de tout le carbone dans l’atmosphère.

S’il y a replantation après abattage, la croissance des jeunes arbres et de la végétation associée à la forêt absorbe beaucoup de carbone atmosphérique mais cette séquestration n’est que temporaire,  dès qu’une nouvelle coupe sera réalisée au même endroit, le carbone stocké sera remis rapidement dans l’atmosphère par l’homme sans que la litière ne puisse aboutir à une séquestration biologique définitive, le résultat est neutre pour l’effet de serre.       

Un écosystème

Dimanche 5 Février 2017.


Ce terme est fréquemment employé par les journalistes et tous ceux qui se piquent d’écologie ; que décrit-il ? as-t-on une idée correcte de ce qu’il signifie ?

Le concept de biome, que nous avons examiné précédemment, est descriptif ; il regroupe sur une très grande échelle des communautés vivantes qui s’intègrent dans les mêmes limites thermiques, hydriques et énergétiques. Le concept d’écosystème est dynamique, il s’intéresse aux relations qui existent entre les communautés vivantes qui partagent un même milieu.

Si vous vous promenez dans une de nos forêts à feuilles caduques vous prendrez conscience qu’elle constitue une association naturelle d’espèces végétales et animales. Vous y trouverez en effet des chênes en majorité, des hêtres, des fougères mais aussi des renards, des lapins de garenne, des écureuils etc. vous n’y trouverez pas des palmiers ni des hyènes. Cette communauté d’espèces n’est pas fortuite, elle n’existe que parce qu’elle dépend non seulement du milieu physique sur lequel elle vit mais aussi parce que les espèces qui la constituent sont liées directement ou indirectement par des relations alimentaires.

La première caractéristique d’un écosystème est donc que les espèces qui le composent forment des associations naturelles. Il ne s’agit pas seulement d’une association d’organismes vivants, il faut y inclure aussi les facteurs physiques de l’environnement que partagent ces organismes : caractères du sol, du climat, de l’éclairement pour un écosystème aérien ; caractères de l’eau, de l’éclairement pour un écosystème marin. Ces associations peuvent être systématiquement classifiées par les écologistes.

La deuxième caractéristique d’un écosystème c’est qu’il existe une relation alimentaire entre les espèces composantes. Cette relation alimentaire peut se décrire à son tour en deux composantes :
-         la chaîne alimentaire commence par les organismes photosynthétiques (plantes, algues, bactéries photosynthétiques) capables de transformer l’énergie solaire en énergie chimique contenue dans les sucres. Ces organismes photosynthétiques sont à leur tour ingérés par les animaux herbivores et ces derniers par les carnivores les uns et les autres étant incapables de récupérer directement l’énergie solaire.
-         La pyramide alimentaire tient au fait qu’à mesure que l’on progresse dans la chaîne alimentaire la taille des individus est de plus en plus grande et ils sont aussi de moins en moins nombreux car ils vont avoir besoin de plus en plus de place pour trouver leur nourriture.

De fait un écosystème est un ensemble thermodynamique créé par les êtres vivants et traversé par un flux d’énergie (puisée dans l’énergie solaire) et de matière. L’énergie est accumulée sous forme de sucres par les organismes photosynthétiques et distribuée le long de la pyramide alimentaire ; la matière se construit à chaque niveau de la pyramide, à  partir des nutriments du sol, de l’eau et de l’air, grâce à l’énergie chimique disponible provenant des niveaux précédents.


Le fonctionnement d’un écosystème est strictement dépendant des quantités d’énergie et de nutriments disponibles à chaque niveau de la pyramide. Dans les conditions naturelles ces quantités oscillent très lentement mais l’intervention brutale de l’homme peut provoquer des ruptures aux conséquences graves. Par exemple dans un écosystème lacustre, si l’homme déverse dans le lac des eaux usées contenant un excès d’azote, les algues, suralimentées, vont proliférer et épuiser, pour leur propre respiration, l’oxygène du lac qui ne sera plus disponible pour les poissons. L’eutrophisation des lacs provoque ainsi la disparition des poissons ! 

Un soupçon de Lamarckisme dans un monde Darwinien

Lundi 2 Janvier 2017


On s’est longtemps moqué de Lamarck et de son hérédité des caractères acquis ; la découverte de l’ADN support de l’hérédité, ses modifications ou mutations alimentant les possibilités d’adaptation aux changements de milieu, donnaient une explication suffisante aux sources de l’hérédité, à sa contribution à l’évolution et rendait inutile tout autre recours explicatif. Selon Weismann l’information ne pouvait aller que du génotype vers le phénotype jamais dans l’autre sens.

L’idée de Weismann s’est maintenue pendant plus de cinquante ans ; pourtant lorsque la structure de l’ADN a été bien établie, on avait déjà noté que l’une de ses quatre bases constitutives : la cytosine, pouvait tantôt être méthylée tantôt non méthylée ; cette particularité avait-elle une explication ? Très longtemps on a ignoré cette ambiguïté en désaccord avec la stabilité de l’ADN.

La mise en évidence de l’existence d’une hérédité ne dépendant pas d’une séquence d’ADN, donc non génétique, ne peut se faire que si l’on possède des individus dont le génotype est identique ; on dispose maintenant de lignées pures, parthénogénétiques  ou isogéniques bien identifiées. A partir de ce matériel, on s’est aperçu que des  individus génétiquement identiques, maintenus dans des milieux différents, pouvaient présenter des différences capables de se maintenir au-delà de la 3ème génération affectant non seulement le phénotypique mais aussi le comportement, ce qui a suggéré qu’il existait des signaux extérieurs héritables ; l’épigénétique est née à la suite de ces observations.

Où se situaient les modifications ; la méthylation de la cytosine sur l’ADN est apparue très vite comme ayant un réel impact sur le fonctionnement de certains gènes, elle pouvait accroître aussi leur taux de mutation, de plus cette méthylation pouvait être réplicative et se maintenir de génération en génération. D’autres modifications de même nature : méthylations, acétylations, phosphorylations, s’accrochant aux protéines histones des nucléosomes  (pavés octaédriques sur la tranche desquels s’enroulent l’ADN dans le chromosome) se sont révélées intervenir sur le fonctionnement des gènes régulateurs codant pour les facteurs de transcription, ces facteurs contrôlent la transcription des gènes de structure  dont ils ont le contrôle.

Ces méthylations, acétylations, phosphorylations étaient induites par la nutrition, le métabolisme et plus généralement l’environnement de l’individu dans lequel elles se produisaient, elles allaient donc du phénotype vers le génotype, elles étaient Lamarckiennes !


Tout n’est pas acquis encore pour cette nouvelle branche de la génétique, notamment la permanence de ces modifications au cours des générations  et les facteurs de l’environnement qui les induisent ; il est certain toutefois que l’assertion de Weismann était trop rigide et que le fonctionnement du vivant est en réalité bien plus complexe. Saluons donc ici ce petit espace qui prouve que la théorie de Lamarck n’était pas entièrement fausse.       

Gradient latitudinal de la diversité génétique


Mardi 6 Décembre 2016


Si on vous posait la question : où trouve-t-on le plus grand nombre d’espèces animales ? Vous répondriez sans doute : en Afrique ; et si on vous demandait de préciser, vous diriez : dans la forêt tropicale. De fait, ce ne sont pas que les espèces animales qui sont en plus grand nombre dans la zone intertropicale humide mais aussi les végétaux, les insectes et même les espèces aquatiques vivant dans les rivières et les mers. Il existe un gradient de diversité spécifique qui s’accroît des pôles aux tropiques, ce gradient avait été décrit il y a plusieurs décades déjà.

D’un point de vue évolutif et notamment des possibilités d’adaptation aux variations de l’environnement qui risquent d’être rapides avec le réchauffement climatique, il est plus fondamental de connaître l’importance de la diversité génétique intra-spécifique qui conditionne l’aptitude d’une espèce à répondre à la sélection naturelle. Jusqu’ici l’accès à cette diversité génétique était quasiment impossible car distribuée dans des milliers de publications. Cependant le dépôt, dans des banques de gènes de séquences génétiques et la facilité d’accéder à ces séquences a permis à des chercheurs* d’évaluer cette diversité génétique intra-spécifique et de voir s’il existait, comme pour la diversité spécifique, un gradient croissant allant des pôles à la zone intertropicale.

Ces chercheurs ont utilisé la séquence nucléotidique du gène du cytochrome b (cytb) qui est particulièrement variable. Ils ont comparé des alignements de séquences nucléotidiques de ce gène pour tous des individus d’une même espèce géographiquement repérés dans chaque carré de 150 000km2 d’une grille terrestre et calculé leur diversité nucléotidique. Ce travail a été fait pour 4675 espèces de mammifères et d’amphibiens. Ils ont calculé  ensuite  pour chaque carré de la grille la moyenne de la diversité génétique de toutes les espèces de mammifères, la moyenne de la diversité génétique de toutes les espèces d’amphibiens et la moyenne de la diversité génétique de toutes les espèces (mammifères + amphibiens) et réalisé à partir de ces moyennes trois cartes du globe : l’une pour la diversité génétique des mammifères, l’autre pour celle des amphibiens et la troisième regroupant mammifères et amphibiens.

Quelles sont les principales conclusions que tirent les auteurs de ce travail :
o   la disponibilité des séquences et la couverture taxonomique est très variable d’un territoire à l’autre ; comme on pouvait s’y attendre la majorité des connaissances se trouve en Europe de l’Ouest, en Amérique du Nord et en Asie de l’Est.
o    L’Europe de l’Ouest a le plus faible niveau de diversité génétique.
o   On identifie un gradient décroissant de variabilité génétique de la zone intertropicale vers les pôles. Ce gradient est à l’image du gradient latitudinal de la richesse en espèces.
o   Ce résultat est en accord avec l’hypothèse qui lie la biodiversité à la température. Celle-ci a un effet direct sur le taux des mutations et sur le temps des générations. En zone intertropicale, la température pourrait ainsi accroître la vitesse de divergence des populations et de leur spéciation.
o   La diversité génétique sur les mammifères et les amphibiens est d’autant plus affectée que la pression humaine est grande.

La diversité génétique d’une espèce alimente son aptitude aux changements environnementaux. De nombreuses espèces, soumises à la pression destructrice humaine, ne survivent qu’en très petit nombre et se multiplient en forte consanguinité ; elles ne possèdent plus de diversité génétique et sont, de ce fait, condamnées à disparaître.


A.   Miraldo et al. Science 20 septembre 2016, N° 6307, pp.1532-1535

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