Il est important de mieux prendre en compte le rôle de la biodiversité dans les modèles climatiques

Entretien avec Chris Bowler

Chris Bowler

Chris Bowler est professeur invité sur la chaire annuelle Biodiversité et écosystèmes du Collège de France, 2020-2021.

Chris Bowler est directeur de recherche au CNRS. Il dirige le laboratoire de génomique des plantes et des algues à l'Institut de biologie de l'École normale supérieure (ENS), à Paris. Ses travaux portent sur la réponse génétique des organismes photosynthétiques aux changements environnementaux. Il étudie en particulier les diatomées marines et les protistes, micro-organismes constitutifs du plancton. Après une thèse soutenue en 1990 à l’université de Gand, en Belgique, il effectue un postdoctorat à l’université Rockefeller de New York. En 1994, il rejoint la station zoologique de Naples, où il découvre les diatomées marines et fonde un laboratoire dédié à ces organismes. En 2002, il est recruté par le CNRS et rejoint l’ENS. Il est par ailleurs membre de l’Organisation européenne de biologie moléculaire (EMBO) depuis 1995, et membre de l’Académie d’agriculture de France depuis 2018. Au cours de sa carrière, il a obtenu plusieurs récompenses : la médaille d’argent du CNRS, en 2010, et le grand prix scientifique de la Fondation Louis D. de l’Institut de France, en 2015. Il est également l’un des coordinateurs scientifiques du projet Tara Océans, visant à explorer la biodiversité marine. Pour l’année 2020-2021, il occupe la nouvelle chaire annuelle Biodiversité et écosystèmes, au Collège de France, soutenue par la Fondation Jean-François et Marie-Laure de Clermont-Tonnerre.

Que signifie le terme « biodiversité » ?

Chris Bowler : Chaque être vivant est composé de gènes, de protéines, d’enzymes qui sont le fruit de trois milliards d’années d’évolution. Ce patrimoine génétique très riche définit une espèce, dotée de caractéristiques propres lui permettant de s’adapter, de survivre et de proliférer dans un environnement donné. L’ensemble de toutes les espèces en interrelation avec leur environnement forme des écosystèmes. Pour moi, la biodiversité désigne la diversité du vivant à toutes ces échelles : celle d’une machinerie protéique (gène, protéine, enzyme), d’une espèce, d’un écosystème entier, jusqu’à la planète dans son ensemble.

Quand le terme est-il apparu ?

Le mot « biodiversité » est apparu pour la première fois en 1986, avant d’être popularisé en 1988 par le biologiste américain Edward Osborne Wilson dans son livre Biodiversity. Pour autant, les naturalistes du XVIIIe et du XIXe siècle comme Linné, Darwin, Buffon, Humboldt ou Lamarck n’ont pas attendu l’apparition de ce terme pour s’intéresser à la diversité du monde vivant.

Comment mesurer la biodiversité ?

Une première approche est d’établir un recensement des espèces, un peu à la manière d’un collectionneur de timbres. Dès le XVIIIe siècle, Carl von Linné a décrit, nommé et classé systématiquement les espèces de plantes selon leurs caractères morphologiques : nombre de pétales, forme des feuilles, type d’organes sexuels, etc. C’est très humain de vouloir établir ce genre de classification, pour organiser nos connaissances, établir des liens, donner du sens. Historiquement, cette approche taxonomique a débuté avec les organismes terrestres visibles à l’œil nu (insectes, animaux, plantes). Puis, avec l’invention du microscope, on a pu étendre ce recensement aux organismes microscopiques. Aujourd’hui, grâce aux techniques de séquençage de l'ADN, on peut aller plus loin et mettre en évidence les bases génétiques des différences morphologiques entre les espèces. Tout cela nous a permis de mieux connaître les organismes avec lesquels nous partageons notre planète. Cependant, il est important d’aller plus loin. Une seconde approche consiste donc à étudier le rôle d’une espèce dans son environnement, à comprendre sa fonction dans un écosystème donné. Par exemple, est-ce un organisme qui fait de la photosynthèse ? S’agit-il d’un herbivore ou d’un carnivore ? Quelle est son aire de répartition ? Sa disparition peut-elle affecter l’équilibre de l’écosystème ? Avec quelles conséquences ? etc.

Notre connaissance des écosystèmes concerne essentiellement les milieux terrestres. Que vous ont appris les expéditions à bord de la goélette Tara sur la biodiversité océanique ?

Grâce à l'analyse d’environ 35 000 échantillons prélevés dans tous les océans du monde, nous avons mis en évidence l'existence de 130 000 types de protistes marins, des eucaryotes unicellulaires, environ 40 000 types de procaryotes (bactéries et archées), et plus de 200 000 types différents de virus. Cela nous a appris que la biodiversité océanique concerne principalement les écosystèmes planctoniques, donc microscopiques. C'est très différent de notre vision terrestre, très macroscopique, où les insectes, les plantes, les champignons, et les animaux forment l’essentiel de la biodiversité. Par ailleurs, d’un point de vue évolutif, la vie microscopique océanique nous rapproche beaucoup plus des origines de la vie. En effet, la vie est apparue dans les océans il y a 3 milliards d’années, tandis que la vie terrestre a émergé il y a seulement 400 millions d’années. En quittant le milieu océanique, les organismes terrestres n'ont pas forcément conservé toute leur histoire évolutive depuis les origines de la vie : ils ont fortement dérivé. Au contraire, les organismes océaniques n’ont jamais quitté leur milieu d’origine. En allant explorer la vie océanique, nous avons ainsi pu avoir un aperçu de la biodiversité en matière d'espèces, mais aussi en matière de gènes, de protéines et d'enzymes. Et ce n’est qu’un début ! Il y a une richesse incroyable dans les océans qui a été peu étudiée jusqu'à présent et qu'il faudra continuer d’explorer dans le futur.

Goélette Tara Océan

L'équipage de la goélette Tara a parcouru les océans du globe à la recherche de nouvelles espèces de plancton.
Photo ©Sacha Bolle

Quels sont les enjeux des recherches autour de la biodiversité ?

Ils ont évolué au fil du temps. Les philosophes naturels comme Darwin ou Humboldt ne posaient jamais la question de l'utilité, de la valeur du vivant et de la possibilité de l’exploiter. Ils étaient simplement curieux. Aujourd’hui, les enjeux ont un peu changé. Nos vies modernes dépendent de la richesse de la biodiversité, et nos besoins vont bien au-delà de services simplement culturels. On peut en effet exploiter la biodiversité pour le commerce, l’agriculture, l’élevage, la médecine ou d’autres applications. On peut notamment se servir de la diversité génétique des plantes ou des céréales pour trouver des gènes de résistance aux agents pathogènes et à la sécheresse. On peut découvrir de nouvelles molécules potentiellement efficaces contre le cancer, ou exhumer de nouveaux antibiotiques. Pour donner un exemple récent, les tests PCR pour la Covid-19 n’auraient jamais vu le jour sans la découverte, ces dernières décennies, d’une enzyme de réplication de l’ADN présente dans les écosystèmes extrêmes comme les sources hydrothermales, au fond des océans. On pourrait également utiliser certaines algues photosynthétiques comme biocarburants, ou exploiter des micro-organismes qui ont « appris », en cinquante années d’évolution, comment dégrader le plastique. De quoi nous aider à éliminer ce matériau, le rendre recyclable et contribuer à une économie circulaire. Un autre enjeu est la compréhension des écosystèmes : il est important de percer les mécanismes de leur fonctionnement pour pouvoir prédire comment ils vont évoluer, notamment face au changement climatique et aux activités humaines. Et cela ne se fera pas sans une approche pluridisciplinaire, mêlant biologie, chimie et physique.

Quel est l’impact des activités humaines sur les écosystèmes ?

Il faut bien avoir conscience que les lieux que nous associons à une nature riche et sauvage ne le sont pas. L’idée d’une nature harmonieuse véhiculée notamment par le jardin d’Eden est un mythe. Les écosystèmes ont tellement été manipulés par l’homme depuis des millénaires que plus rien n’est naturel. Et ces manipulations ont des conséquences sur la biodiversité. Si l’on compare une même parcelle de champ de monoculture de maïs à une parcelle de forêt tropicale, on peut dire qu’elles sont équivalentes en matière d’oxygène produit. Pour autant, je pense que tout le monde peut comprendre que pour ce qui est de la biodiversité, la richesse de la forêt amazonienne est sans commune mesure. Les données scientifiques sont d’ailleurs claires sur le fait qu’un champ de monoculture est moins productif qu’un champ présentant une plus grande diversité d’espèces. Tout notre système d'agriculture est pourtant fondé sur les monocultures, favorisées en Europe par la politique agricole commune mise en place dans les années 1960. Celle-ci nous met dans une situation très dangereuse, car nous dépendons seulement d’une dizaine de variétés de céréales sélectionnées par les agriculteurs. Aujourd'hui, elles sont résistantes aux agents pathogènes. Mais demain, il suffit que l’un d’eux évolue et trouve comment attaquer ces variétés pour menacer notre agriculture. Si un agent pathogène parvient à détruire le blé, on sera vraiment dans une situation catastrophique. On pourrait vivre une crise comparable à celle qui a eu lieu en Irlande en 1845, lorsque le mildiou s'est propagé dans les cultures de pommes de terre, menant à une grande famine. La biodiversité est ici essentielle : nous avons besoin de la richesse génétique des espèces de céréales sauvages. Celles-ci possèdent toute une gamme de gènes de résistance contre ces agents qui peuvent s’avérer très utiles. Par ailleurs, une biodiversité riche est essentielle à l’équilibre des écosystèmes. Plus il y a d’espèces d’insectes, notamment pollinisateurs, plus les plantes se reproduisent. Ces insectes sont ensuite mangés par des oiseaux, et ainsi de suite. Toutes ces interactions forment un cercle vertueux et assurent le bon fonctionnement des écosystèmes. Si l'on brise cet équilibre, les écosystèmes seront de plus en plus déstructurés comme on peut l’observer par exemple sur les côtes bretonnes, envahies d’algues toxiques.

Nos activités humaines sont également responsables du réchauffement climatique actuel. Quels sont les liens entre climat et biodiversité ?

Les liens entre changement climatique et biodiversité commencent tout juste à être appréciés. Historiquement, et encore aujourd'hui, le public et certains scientifiques considèrent que la vie est simplement une cible passive du changement climatique et de la dégradation environnementale. Pourtant, on sait que la vie participe activement au cycle du carbone pour assurer le bon fonctionnement du système Terre. Pour rappel, le système de régulation climatique terrestre est fondé sur le rapport entre la concentration de CO2 dans l'atmosphère et la quantité de CO2 capté par photosynthèse ou stocké dans les sols sous forme de pétrole, de charbon ou de calcaire. Plus le CO2 s’accumule dans l’atmosphère, plus la température planétaire augmente. Ce ratio a subi de grandes variations au cours de l'histoire de la Terre, entraînant des périodes de refroidissement et de réchauffement de la planète ainsi que des épisodes d’acidification des océans, accompagnées d’extinctions massives des espèces. Or, les organismes vivants participent au stockage du COet donc à la régulation du climat ! Le calcaire, le charbon et le pétrole ne sont rien d'autre que des produits de la dégradation et de la sédimentation de matières organiques et végétales. De la même façon, la photosynthèse joue un rôle majeur dans le stockage du CO2, à la fois sur terre grâce aux végétaux, et dans les océans, grâce au phytoplancton. Les diatomées, en particulier, jouent un rôle majeur. Ces organismes unicellulaires entourés de silice, constitutifs du phytoplancton, sont comparables à l’ensemble de toutes les forêts tropicales terrestres en termes de photosynthèse !

Diatomée

Les diatomées, organismes unicellulaires entourés de silice, sont des éléments constitutifs du phytoplancton océanique. Leur activité photosynthétique est équivalente à celle de toutes les forêts tropicales réunies.
Photo ©C.Sardet

Ce rôle actif de la vie est-il pris en compte dans les modèles du climat ?

Malheureusement, la séquestration du CO2 et l’importance de la biodiversité dans ce processus ne sont pas bien représentées dans les modèles climatiques. Les liens sont complexes et on commence à peine à les comprendre. Un autre aspect est que vous avez, d’un côté, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec) qui établit les modèles climatiques ; et de l’autre, la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES). L’existence de deux organisations séparées ne renvoie pas l’image que tout est lié. Il est donc nécessaire d’instaurer un dialogue entre ces deux entités pour faire comprendre que tout est connecté, qu’il faut inclure le rôle de la vie dans les modèles climatiques. Pour ce faire, nous avons besoin de trouver les bonnes équations pour les modélisateurs. Or, contrairement à la physique, la biologie manque encore de lois générales qui permettraient de comprendre comment fonctionne un écosystème et de prédire leur évolution. C’est l’un des principaux enjeux de nos recherches. En attendant, il est important de transmettre au public l’importance du rôle de la vie et de la biodiversité dans la régulation du climat. Si l’on prend conscience que la vie participe au bien-être de notre planète, alors on ira, je l’espère, vers une société plus respectueuse de la nature.

Propos recueillis par Gautier Cariou