Cette illustration montre le pourcentage d'animaux marins qui se sont éteints à la fin de l'ère permienne par latitude, du modèle (ligne noire) et du registre fossile (points bleus). Un plus grand pourcentage d'animaux marins ont survécu dans les tropiques qu'aux pôles. La couleur de l'eau montre le changement de température, le rouge étant le réchauffement le plus important et le jaune le moins. Au sommet se trouve le supercontinent Pangée, avec des éruptions volcaniques massives émettant du dioxyde de carbone. Les images en dessous de la ligne représentent certaines des 96 pour cent d'espèces marines qui sont mortes au cours de l'événement. Comprend des dessins de fossiles d'Ernst Haeckel/Wikimedia; photo de crabe bleu par Wendy Kaveney/Flickr; photo de morue franche par Hans-Petter Fjeld/Wikimedia; Photo de nautile chambré par ©2010 John White/CalPhotos. Crédit :Justin Penn et Curtis Deutsch/Université de Washington
La plus grande extinction de l'histoire de la Terre a marqué la fin de la période permienne, il y a 252 millions d'années. Bien avant les dinosaures, notre planète était peuplée de plantes et d'animaux qui ont été pour la plupart anéantis après une série d'éruptions volcaniques massives en Sibérie.
Les fossiles dans les anciennes roches du fond marin présentent un écosystème marin florissant et diversifié, puis une bande de cadavres. Quelque 96 pour cent des espèces marines ont été anéanties au cours de la « grande mort, " suivi de millions d'années où la vie a dû se multiplier et se diversifier à nouveau.
Ce qui a été débattu jusqu'à présent, c'est exactement ce qui a rendu les océans inhospitaliers à la vie :la forte acidité de l'eau, empoisonnement aux métaux et aux sulfures, un manque total d'oxygène, ou simplement des températures plus élevées.
De nouvelles recherches de l'Université de Washington et de l'Université de Stanford combinent des modèles de conditions océaniques et de métabolisme animal avec des données de laboratoire publiées et des enregistrements paléocéanographiques pour montrer que l'extinction massive du Permien dans les océans a été causée par le réchauffement climatique qui a empêché les animaux de respirer. À mesure que les températures augmentaient et que le métabolisme des animaux marins s'accélérait, les eaux plus chaudes ne pouvaient pas contenir assez d'oxygène pour survivre.
L'étude est publiée dans le numéro du 7 décembre de Science .
"C'est la première fois que nous faisons une prédiction mécaniste sur ce qui a causé l'extinction qui peut être directement testée avec les archives fossiles, ce qui nous permet ensuite de faire des prédictions sur les causes d'extinction à l'avenir, " a déclaré le premier auteur Justin Penn, un étudiant au doctorat UW en océanographie.
Les chercheurs ont exécuté un modèle climatique avec la configuration de la Terre pendant le Permien, lorsque les masses continentales ont été combinées dans le supercontinent de la Pangée. Avant que les éruptions volcaniques en cours en Sibérie ne créent une planète à gaz à effet de serre, les océans avaient des températures et des niveaux d'oxygène similaires à ceux d'aujourd'hui. Les chercheurs ont ensuite élevé les gaz à effet de serre dans le modèle au niveau requis pour augmenter les températures des océans tropicaux à la surface d'environ 10 degrés Celsius (20 degrés Fahrenheit). conditions correspondantes à ce moment-là.
Le modèle reproduit les changements dramatiques qui en résultent dans les océans. Les océans ont perdu environ 80 pour cent de leur oxygène. Environ la moitié du fond marin des océans, surtout à des profondeurs plus profondes, est devenu complètement sans oxygène.
Pour analyser les effets sur les espèces marines, les chercheurs ont pris en compte les différentes sensibilités à l'oxygène et à la température de 61 espèces marines modernes, y compris les crustacés, poisson, fruits de mer, coraux et requins—en utilisant des mesures de laboratoire publiées. La tolérance des animaux modernes aux températures élevées et à la faible teneur en oxygène devrait être similaire à celle des animaux du Permien, car ils ont évolué dans des conditions environnementales similaires. Les chercheurs ont ensuite combiné les traits de l'espèce avec les simulations paléoclimatiques pour prédire la géographie de l'extinction.
"Très peu d'organismes marins sont restés dans les mêmes habitats qu'ils vivaient - c'était soit fuir, soit périr, " a déclaré le deuxième auteur Curtis Deutsch, professeur agrégé d'océanographie à l'UW.
Cette dalle de roche d'environ 1,5 pied du sud de la Chine montre la limite Permien-Trias. La partie inférieure est en calcaire pré-extinction. La partie supérieure est constituée de calcaire microbien déposé après l'extinction. Crédit :Jonathan Payne/Université de Stanford
Le modèle montre que les organismes les plus durement touchés sont les organismes les plus sensibles à l'oxygène trouvés loin des tropiques. De nombreuses espèces qui vivaient sous les tropiques se sont également éteintes dans le modèle, mais il prédit que les espèces des hautes latitudes, en particulier ceux qui ont des besoins élevés en oxygène, ont été presque complètement anéantis.
Pour tester cette prédiction, les co-auteurs Jonathan Payne et Erik Sperling à Stanford ont analysé les distributions de fossiles de la fin du Permien à partir de la base de données Paleoceanography, une archive virtuelle des collections de fossiles publiées. Les archives fossiles montrent où se trouvaient les espèces avant l'extinction, et qui ont été complètement anéantis ou limités à une fraction de leur ancien habitat.
Les archives fossiles confirment que les espèces éloignées de l'équateur ont le plus souffert pendant l'événement.
"La signature de ce mécanisme de mise à mort, le réchauffement climatique et la perte d'oxygène, est ce schéma géographique qui est prédit par le modèle puis découvert dans les fossiles, " Penn dit. " L'accord entre les deux indique que ce mécanisme de réchauffement climatique et de perte d'oxygène a été une cause principale de l'extinction. "
L'étude s'appuie sur des travaux antérieurs menés par Deutsch montrant qu'à mesure que les océans se réchauffent, le métabolisme des animaux marins s'accélère, ce qui signifie qu'ils nécessitent plus d'oxygène, tandis que l'eau plus chaude retient moins. Cette étude précédente montre comment des océans plus chauds éloignent les animaux des tropiques.
La nouvelle étude combine les conditions changeantes de l'océan avec les besoins métaboliques de divers animaux à différentes températures. Les résultats montrent que les effets les plus graves de la privation d'oxygène concernent les espèces vivant à proximité des pôles.
« Comme les métabolismes des organismes tropicaux étaient déjà adaptés à des températures assez chaudes, conditions de faible teneur en oxygène, ils pourraient s'éloigner des tropiques et retrouver les mêmes conditions ailleurs, " a dit Deutsch. " Mais si un organisme était adapté pour un rhume, environnement riche en oxygène, puis ces conditions ont cessé d'exister dans les océans peu profonds."
Les soi-disant "zones mortes" qui sont complètement dépourvues d'oxygène étaient pour la plupart en dessous des profondeurs où vivaient les espèces, et a joué un rôle moins important dans les taux de survie. "En fin de compte, il s'est avéré que la taille des zones mortes ne semble vraiment pas être la clé de l'extinction, " a déclaré Deutsch. "Nous pensons souvent à l'anoxie, le manque total d'oxygène, comme la condition dont vous avez besoin pour obtenir une inhabitabilité généralisée. Mais quand vous regardez la tolérance pour un faible taux d'oxygène, la plupart des organismes peuvent être exclus de l'eau de mer à des niveaux d'oxygène qui ne sont pas du tout proches de l'anoxie."
Le réchauffement conduisant à un manque d'oxygène explique plus de la moitié des pertes de diversité marine. Les auteurs disent que d'autres changements, telles que l'acidification ou les changements dans la productivité des organismes photosynthétiques, probablement agi comme des causes supplémentaires.
La situation à la fin du Permien – l'augmentation des gaz à effet de serre dans l'atmosphère qui crée des températures plus chaudes sur Terre – est similaire à celle d'aujourd'hui.
"Dans le cadre d'un scénario d'émissions de statu quo, d'ici 2100, le réchauffement dans la partie supérieure de l'océan aura approché 20 % du réchauffement de la fin du Permien, et d'ici l'an 2300, il atteindra entre 35 et 50 pour cent, " Penn a déclaré. " Cette étude met en évidence le potentiel d'une extinction de masse résultant d'un mécanisme similaire sous le changement climatique anthropique. "
