Pourquoi les plages sont couvertes de coquillages et non de brachiopodes : des scientifiques percent enfin le mystère de la plus grande extinction de masse

Une équipe de Stanford, aux États‑Unis, pense avoir enfin compris pourquoi certains animaux marins ont survécu à la plus grande extinction de l’histoire, quand d’autres ont disparu.

En s’appuyant sur des expériences en laboratoire et des données de terrain, des chercheurs américains montrent que le métabolisme des animaux marins a joué un rôle décisif lors de l’extinction Permien-Trias, il y a 252 millions d’années, rapporte l’université Stanford. Leur travail éclaire la composition actuelle des plages du monde entier, mais sert aussi d’alerte face au réchauffement des océans lié aux activités humaines.

Une « grande mort » qui a remodelé les océans

L’extinction Permien-Trias, surnommée la « grande mort », s’est produite il y a environ 252 millions d’années. Elle a éliminé près de 96 % des espèces marines et environ 70 % des vertébrés terrestres connus. Ce cataclysme n’a toutefois pas frappé toutes les familles d’animaux de la même façon.

Pendant quelque 280 millions d’années avant cette crise, les fonds marins étaient dominés par des brachiopodes. Ces animaux à coquille ressemblent de loin à des palourdes, mais appartiennent à un autre groupe. Les brachiopodes cohabitaient avec des crinoïdes (ou « lis de mer ») et d’autres animaux fixés au fond, peu mobiles et filtreurs.

Après l’extinction, ces groupes jadis dominants sont presque éradiqués. En revanche, environ la moitié seulement des mollusques, notamment les bivalves (palourdes, moules, huîtres) et les gastéropodes comme les escargots de mer, disparaissent. Les survivants, associés à des poissons et à des échinodermes comme les étoiles de mer et les oursins, prennent alors le dessus dans les océans, jusqu’à aujourd’hui.

Le cataclysme Permien-Trias a inversé le rapport de force : les brachiopodes ont cédé la place aux mollusques et aux animaux plus actifs, qui structurent encore nos écosystèmes marins actuels.

Température, oxygène et métabolisme : un trio décisif

Publiée le 6 juillet dans la revue scientifique américaine Proceedings of the National Academy of Sciences, l’étude dirigée par Stanford est la première à combiner des données biologiques sur les groupes les plus touchés par l’extinction et sur ceux qui y ont mieux résisté.

Les chercheurs identifient un facteur clé : la capacité du métabolisme de chaque espèce à supporter des eaux plus chaudes et moins riches en oxygène. Les animaux dont le métabolisme tolère mal ces conditions extrêmes enregistrent les taux d’extinction les plus élevés.

À l’époque, de gigantesques éruptions volcaniques rejettent d’énormes quantités de dioxyde de carbone (CO₂) et de méthane dans l’atmosphère. La planète se réchauffe fortement, les océans se réchauffent eux aussi, et l’oxygène dissous dans l’eau diminue.

Le métabolisme regroupe l’ensemble des réactions chimiques qui permettent à un organisme vivant de produire de l’énergie et de rester en vie. Avant la crise, beaucoup d’animaux marins du Paléozoïque sont lents, fixés sur le fond ou très peu mobiles, et filtrent la nourriture qui passe à leur portée : brachiopodes, crinoïdes, certains coraux et anémones de mer.

À l’inverse, les animaux qui prospèrent après l’extinction sont plus mobiles, souvent prédateurs : poissons, escargots actifs, oursins, bivalves fouisseurs ou nageurs. Ces espèces requièrent un métabolisme plus rapide pour alimenter leurs mouvements et leur mode de vie.

Pourquoi les bivalves ont pris le dessus sur les brachiopodes

Les bivalves, comme les palourdes ou les moules, ont des besoins énergétiques plus élevés que les brachiopodes. Leurs corps sont plus volumineux, et ils possèdent un « pied » musculeux qui leur permet de s’enfouir dans le sédiment ou de se déplacer.

Le chercheur Erik Anders Sperling, coauteur de l’étude, rappelle un détail parlant à Stanford : nous consommons volontiers des soupes de palourdes, pas de brachiopodes, car ces derniers contiennent très peu de chair. Cette différence de masse musculaire reflète une mécanique interne différente, avec des besoins et des capacités d’oxygénation qui ne réagissent pas de la même manière au réchauffement.

Les espèces lentes et peu musclées toléraient bien les eaux froides, mais se sont retrouvées dépassées lorsque la température a grimpé et que l’oxygène a chuté.

Avant la crise, les brachiopodes surpassaient largement les bivalves en diversité et en abondance. Aujourd’hui, il reste environ 400 espèces de brachiopodes, contre 10 000 à 15 000 espèces de bivalves, estiment les chercheurs cités par Stanford. Sperling compare cette bascule à celle provoquée par l’extinction des dinosaures non aviens il y a 65 millions d’années, après laquelle les mammifères ont pris une place dominante qu’ils n’ont plus jamais cédée.

Reconstituer une crise océanique vieille de 252 millions d’années

Ce travail prolonge une étude publiée en 2018 par Princeton et Stanford, qui pointait déjà le réchauffement des océans et la perte d’oxygène comme causes principales de la « grande mort ». Le nouvel article va plus loin en intégrant la physiologie d’animaux représentatifs de la faune du Paléozoïque, celle qui a été le plus décimée.

Pour combler ce manque de données, l’équipe a mené plusieurs années de terrain. Les chercheurs ont notamment collecté des brachiopodes vivants dans les îles San Juan, au large de l’État de Washington, sur la côte pacifique des États‑Unis, où ces animaux restent relativement fréquents.

Ils ont rassemblé un large panel d’animaux marins représentant à la fois des écosystèmes anciens et modernes. Dans des stations de terrain et des laboratoires de Stanford, ils ont mesuré la consommation d’oxygène de chaque organisme à différentes températures d’eau.

• À mesure que l’eau se réchauffe, le métabolisme s’accélère.
• Les besoins en oxygène de l’animal augmentent en conséquence.
• Si l’oxygène disponible ne suit pas, l’organisme entre en difficulté, voire meurt.

Les expériences montrent que les animaux typiques du Paléozoïque supportent des niveaux d’oxygène plus faibles que beaucoup d’espèces modernes tant que l’eau reste fraîche. Mais une fois la température en hausse, leur métabolisme, jusque‑là lent, s’emballe plus vite que celui des espèces modernes. Leur demande en oxygène grimpe brutalement, sans que leur anatomie ne leur permette de la satisfaire.

Les espèces modernes actives consomment plus d’oxygène en temps normal, mais elles disposent de muscles et de branchies plus efficaces pour faire face à une montée de la demande lors d’un réchauffement. Leur marge de manœuvre est donc plus large.

Suivant les chercheurs de Stanford, le réchauffement et la baisse d’oxygène ont constitué les moteurs principaux de la plus grande extinction de masse, bien devant les autres facteurs.

D’autres travaux scientifiques ont déjà mis en cause l’acidification des océans, liée au CO₂ qui rend l’eau plus acide, comme facteur aggravant en compliquant la formation des coquilles calcaires. Sperling estime que cet effet a sans doute contribué à la crise, mais dans une moindre mesure que le duo réchauffement – appauvrissement en oxygène.

Un avertissement direct pour les océans actuels

Les chercheurs rapprochent explicitement la situation Permien-Trias de la période actuelle. Avant la « grande mort », les océans sont relativement frais et bien oxygénés, comme ceux qui ont prévalu pendant des millions d’années avant la hausse rapide des émissions de gaz à effet de serre liées aux activités humaines.

Cette fois, ce ne sont plus des volcans, mais l’utilisation massive des énergies fossiles qui injecte du CO₂ dans l’atmosphère. Les scénarios climatiques envisagent une hausse de 1,5 à 4 °C en moyenne d’ici 2100 par rapport à l’ère préindustrielle. Lors de l’extinction Permien-Trias, les températures mondiales auraient augmenté d’environ 8 à 12 °C, sur plusieurs milliers d’années.

Pour l’équipe de Stanford, la comparaison reste inquiétante. Sperling souligne que, dans les scénarios les plus pessimistes, le niveau de réchauffement fini pourrait rejoindre celui atteint à la fin du Permien, même si la vitesse du phénomène diffère. L’océan se réchauffe, perd de l’oxygène, et s’acidifie en même temps, recréant progressivement des conditions qui rappellent la crise d’il y a 252 millions d’années.

Les chercheurs prévoient d’étendre leurs travaux à d’autres groupes d’animaux marins afin de mieux comprendre comment ces trois pressions – chaleur, manque d’oxygène, acidification – s’additionnent. Ils alertent sur le risque de voir certaines espèces actuelles, notamment celles peu adaptées à la chaleur et aux eaux pauvres en oxygène, suivre la même trajectoire que les brachiopodes du Permien.

Ce que cela signifie pour un lecteur en France

Pour un lecteur français, ces résultats n’ont pas de conséquence réglementaire directe, mais ils concernent des enjeux suivis de près par les instituts de recherche et les autorités environnementales, comme le CNRS, l’Ifremer ou Météo-France. Ces organismes surveillent déjà la température, l’oxygène et l’acidification dans l’Atlantique nord-est et en Méditerranée.

Les eaux françaises abritent une grande diversité de mollusques, crustacés, poissons et échinodermes qui forment la base de nombreuses pêcheries. Les enseignements tirés de la crise Permien-Trias viennent nourrir les modèles utilisés pour anticiper les impacts du réchauffement sur ces ressources : déplacement des espèces vers le nord, modification des saisons de reproduction, stress accru lors des canicules marines.

Les gestionnaires d’aires marines protégées, équivalents des parcs naturels sur terre, cherchent à identifier les zones susceptibles de rester relativement fraîches et bien oxygénées, car elles pourraient servir de refuges à certaines espèces. Ce type de stratégie s’inspire justement de la façon dont la biodiversité a déjà réagi à de grands bouleversements climatiques dans le passé.

Coquillage, brachiopode, métabolisme : quelques repères

Pour mieux comprendre ce que montre l’étude, quelques définitions pratiques peuvent aider :

Lorsque vous ramassez des coquillages sur une plage française, il s’agit donc presque toujours de mollusques, héritiers des survivants de la crise Permien-Trias. Les rares brachiopodes encore présents dans les mers du globe vivent le plus souvent à des profondeurs importantes ou dans des environnements spécifiques, loin des côtes très fréquentées.

Pour les biologistes marins, ces fossiles vivants sont précieux. Ils permettent de mesurer la sensibilité d’animaux à faible métabolisme à différents scénarios de réchauffement et d’appauvrissement en oxygène, et d’affiner les projections sur la faune actuelle. Ces expériences servent aussi de base à des modèles appliqués aux coquillages exploités en France, comme les huîtres, les moules ou les coquilles Saint‑Jacques, afin d’anticiper les conditions auxquelles ces espèces seront confrontées dans les décennies à venir.