Africa-Press – Côte d’Ivoire. L’histoire est pleine de trous, de vides, d’interrogations. Même celle des humains, si riche et documentée soit-elle, recèle des mystères et des lacunes, notamment pour les civilisations qui n’ont pas laissé de traces écrites. Mais en comparaison, l’étude des animaux et des formes de vie du passé est confrontée à de véritables gouffres. D’abord, en raison du très grand nombre d’espèces à prendre en compte, mais aussi de la longueur de la période à prospecter. Avec près de quatre milliards d’années, l’échelle du défi dépasse de loin celle des études historiques humaines.
L’intelligence artificielle, en combinant données génétiques, environnementales et modélisations prédictives, offre une nouvelle façon de résoudre ce problème. Pour rendre compte de l’évolution de la vie sur Terre, les spécialistes se reposent principalement sur les archives fossiles. Ces dernières présentent pourtant des biais intrinsèques, car elles favorisent les espèces de grande taille ou celles dotées de structures osseuses denses, qui se conservent mieux au fil du temps.
Des milliers d’histoires évolutives simulées
De plus, certains événements géologiques ou climatiques, comme les périodes glaciaires, compromettent la fossilisation. « Avec les méthodes traditionnelles, il est difficile d’obtenir une représentation précise de la diversité réelle, surtout dans les zones peu explorées, tandis que certaines régions comme l’Amérique du Nord et l’Europe sont surreprésentées « , souligne Rebecca Cooper, membre du Swiss Institute of Bioinformatics (SIB).
Aussi la chercheuse a-t-elle développé le logiciel DeepDive, conçu pour établir de nouvelles estimations de la paléodiversité et ainsi faire surgir des modèles des formes de vie inconnues. Comme ces nombreuses espèces d’éléphants disparues sans laisser de traces et qui vivaient il y a seulement 15 millions d’années. Avec DeepDive, l’IA n’est pas, pour une fois, utilisée pour digérer des quantités massives de données, mais pour en créer là où celles-ci n’existent pas.
Néanmoins, il faut alimenter le programme et l’entraîner. Ainsi, le logiciel combine des milliers d’histoires évolutives simulées, des filtres reposant sur les archives fossiles réelles et un modèle d’apprentissage profond qui s’appuie sur des réseaux de neurones récurrents à mémoire de long terme. L’objectif est de « générer des fossiles dans les périodes ou les régions où les données manquent, et ainsi reconstruire la diversité biologique passée « , explique la scientifique.
Deux grandes périodes d’extinction étudiées
Les résultats des premiers tests confirment ce que les paléontologues savaient déjà: bien plus d’espèces ont vécu sur Terre que ce que suggèrent les restes découverts. DeepDive a également permis d’étudier deux grandes périodes d’extinction: celle de la fin du permien, il y a 252 millions d’années, et celle survenue à la fin du trias, il y a 201,3 millions d’années. Surprise: alors que la première est habituellement considérée comme la plus dramatique, le logiciel pose l’inverse: 58 à 24 % des genres ont disparu au permien, contre jusqu’à 66 % au trias.
D’ores et déjà en accès libre pour les scientifiques, DeepDive est cependant encore loin d’être complètement abouti. S’il tient compte de facteurs tels que la dispersion et l’adaptabilité du vivant, il ne peut pas encore évaluer les complexes interactions qui existent entre les espèces, comme la compétition ou les relations de prédation. Cependant, il semble déjà suffisamment rodé pour révéler des tendances globales de la biodiversité souvent invisibles avec les méthodes conventionnelles.
Au-delà de sa capacité à reconstruire les écosystèmes anciens, DeepDive offre une solution nouvelle pour étudier la crise climatique actuelle. « Les modèles utilisés pour prédire l’évolution future de la biodiversité s’appuient sur les archives fossiles afin de calibrer leurs réponses, souligne la chercheuse. Si nous parvenons à affiner les estimations de la biodiversité du passé, ce calibrage pourra être amélioré. »
Toutefois, la majorité des espèces actuellement menacées d’extinction le sont du fait de leur exploitation ou de la réduction de leur zone d’habitat. Autant de facteurs anthropiques qui « n’ont pas d’équivalent dans le passé évolutif « . Mais, là aussi, le logiciel peut servir « à quantifier l’ampleur réelle des extinctions d’espèces récentes dont la disparition est attribuable à l’humain « . En portant un regard rétrospectif, DeepDive pourrait bien devenir un outil essentiel pour préserver le futur.
Où sont passés les éléphants ?
DeepDive s’est penché sur le groupe des proboscidiens, qui comprend les éléphants et les espèces apparentées comme les mammouths, dont les premiers représentants datent du paléocène, il y a environ 60 millions d’années. Au départ, leur diversité est faible et a progressivement augmenté pour s’accélérer avec l’expansion hors d’Afrique, grâce à la formation d’un pont terrestre entre ce continent et l’Asie. La diversité des proboscidiens a culminé après l’optimum climatique du miocène (il y a 17 à 15 millions d’années), avec 37 à 75 espèces présentes qui se partageaient l’espace en fonction de leurs préférences écologiques, avant de décliner graduellement. Aujourd’hui, avec seulement trois représentants, ce groupe a subi une réduction drastique qui illustre une extinction massive bien plus importante que ce que les méthodes classiques laissaient penser.
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