Évolution et Diversité du Vivant

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1 Évolution et Diversité du Vivant
(101-NYA-05) Cours 12 Chapitres 50 et 52 Campbell, 3 e édition INTRODUCTION À L’ÉCOLOGIE DISTRIBUTION ET ADAPTATIONS DES ORGANISMES ÉCOLOGIE DES POPULATIONS Source Bernadette Féry Automne 2008

2 Partie 1 : Introduction à l’écologie
Définition de l’écologie Le milieu, au sens écologique du terme Que signifie le terme interactions en écologie ? Qu’est-ce qu’un facteur écologique ? L’écologie requiert beaucoup de connaissances L’écologie apporte les connaissances nécessaires pour cerner les problèmes environnementaux, les comprendre et les résoudre L’écologie est une science expérimentale difficile L’écologie a progressé grâce à de nouvelles façons de faire

3 1. Introduction à l’écologie
a) Définition de l’écologie Science qui étudie les organismes (leur distribution et leur abondance), les relations qu’ils ont avec leur milieu ainsi que les conséquences de toutes ces interactions. b) Le milieu, au sens écologique du terme Le milieu est l’environnement biotique et abiotique des êtres vivants. Milieu biotique (relatif aux vivants) Relations entre les individus de la même espèce et entre individus d’espèces différentes. Milieu abiotique (relatif au milieu physico-chimique) Température, eau, lumière, vent et sol.

4 c) Que signifie le terme interactions en écologie ?
Influences réciproques entre les organismes entre eux et entre les organismes et leur milieu. (4) types d’interactions. Interaction directe Les gros arbres diminuent la quantité de lumière au sol disponible pour les autres plantes. indirecte Les excréments des animaux s'incorporent graduellement au sol avec l'aide des bactéries et contribuent ainsi à l'enrichissement du sol afin que les plantes en profitent. immédiate Un renard qui mange une grenouille. différée Les faucons influencent le patrimoine génétique des mulots et en conséquence leur évolution car, ils restreignent le succès reproductif de certains individus.

5 d) Qu’est-ce qu’un facteur écologique ?
C’est un facteur susceptible d'agir sur les organismes vivants en les éliminant, en modifiant leur densité, en les empêchant de se reproduire, etc. Les facteurs écologiques sont les facteurs biotiques et les facteurs abiotiques. Facteurs relatifs aux vivants. Relations entre les individus de la même espèce (intraspécifiques) et entre individus d’espèces différentes (interspécifiques). Facteurs relatifs au milieu physico-chimique. Température, eau, lumière, vent et sol.

6 e) L’écologie requiert beaucoup de connaissances
En génétique, en évolution, en physiologie, en éthologie, en chimie, en géologie, en physique, en mathématiques… f) L’écologie apporte les connaissances nécessaires pour cerner les problèmes environnementaux, les comprendre et les résoudre Érosion des terres par déforestation. Appauvrissement des sols par l’agriculture et l’élevage. Pollutions de l’eau et de l’air. Bioaccumulation des pesticides. Destruction de la couche d’ozone. Déséquilibres par introduction d’espèces exotiques. Etc.

7 g) L’écologie est une science expérimentale difficile
Les écologistes étudient des êtres vivants sur de vastes territoires complexes où il est difficile d'isoler une variable à l'étude. En plus il faut souvent beaucoup de temps pour vérifier l'effet de cette variable. h) L’écologie a progressé grâce à de nouvelles façons de faire Les modèles mathématiques assistés par ordinateur aident à résoudre, hypothétiquement, des questions d'ordre écologique. De même, les expériences en laboratoire et sur le terrain permettent d'extrapoler les résultats à de vastes ensembles.

8 Partie 2 : Distribution et adaptations des organismes sur la planète
Les facteurs abiotiques conditionnent la distribution des organismes sur la planète Un organisme ne survit que s'il tolère les facteurs abiotiques de son habitat Les facteurs abiotiques varient d’une région à l'autre (dans l’espace) et d'une saison à l'autre (dans le temps) Plus les facteurs abiotiques sont favorables, plus les organismes sont nombreux et variés. Et vice versa. Les organismes ont développé (3) types d'adaptations pour parer aux conditions abiotiques défavorables 3. Chaque facteur abiotique entraîne des adaptations chez les organismes qui veulent y faire face Température Eau Lumière Vent Sol

9 Température* — Eau* — Lumière — Vent — Sol
2. Les facteurs abiotiques conditionnent la distribution des organismes sur la planète a) Un organisme ne survit que s'il tolère les facteurs abiotiques de son habitat Température* — Eau* — Lumière — Vent — Sol * Facteurs qui influencent le plus, la distribution des organismes b) Les facteurs abiotiques varient d’une région à l'autre (dans l’espace) et d'une saison à l'autre (dans le temps) Équateur chaud et humide versus Pôles froids et secs Été versus hiver Saison des pluies versus saison sèche

10 c) Plus les facteurs abiotiques sont favorables, plus les organismes sont nombreux et variés. Et vice versa. En allant de l'équateur vers les pôles, la biodiversité diminue car les conditions abiotiques deviennent difficiles à supporter. Régions désertiques (comme le centre du Sahara)  faible biodiversité. Extrême nord de l'Arctique et extrême sud de l'Antarctique  faible biodiversité. Forêts tropicales (abondance de lumière, de chaleur et d'eau)  grande biodiversité. Source

11 d) Les organismes ont développé (3) types d'adaptations pour parer aux conditions abiotiques défavorables Adaptation morphologique Structure physique particulière telle la présence de plumes. Adaptation physiologique Processus interne comme le resserrement des vaisseaux sanguins quand il fait froid. Adaptation comportementale Action par l'organisme comme se mettre à l'abri de la pluie.

12 A- Un facteur abiotique : la température
3. Chaque facteur abiotique entraîne des adaptations chez les organismes qui veulent y faire face A- Un facteur abiotique : la température La température est un important facteur de distribution des organismes car elle présente de grandes fluctuations sur la planète selon la latitude et la saison. Importance de la température pour le vivant L'intervalle de température viable pour une cellule se situe entre 0˚C à 45˚C. En deçà de 0˚C, les cellules gèlent et se rompent et au-delà de 45˚C, les protéines se dénaturent. À l'intérieur de cet intervalle, les réactions chimiques cellulaires sont possibles ; elles s'accélèrent, cependant, avec l'augmentation de température et elles ralentissent s'il fait plus froid. Il existe un intervalle thermique idéal pour chaque espèce.

13 Deux façons de réagir face à la température
ECTOTHERMES (hétérothermes, poïkilothermes) Invertébrés, poissons, amphibiens et reptiles Incapables de réguler leur température. Se réchauffent s'il fait plus chaud et se refroidissent s'il fait plus froid. Sont dits à sang froid. ENDOTHERMES (homéothermes) Mammifères et oiseaux Régulent leur température. Maintiennent leur température corporelle à un niveau constant tel que 37˚C pour les Mammifères. Sont dits à sang chaud.

14 Exemples d’adaptations pour contrer les effets négatifs d’une température inadéquate
Morphologique = M Comportementale = C Physiologique = P Adaptations des ectothermes Adaptations des endothermes Peau épaisse, présence de graisse… (M) Lézard qui se chauffe au soleil le jour et se cache dans son terrier la nuit. (C) Insecte qui se tient sur une patte puis sur une autre sous le chaud soleil du désert. (C) Les iguanes marins des îles Galápagos diminuent leur débit sanguin cutané et leurs pulsations cardiaques lorsqu'ils plongent en mer (pour perdre moins de chaleur). Ils font l'inverse lorsqu'ils se chauffent au soleil. (P) La grenouille des bois ne subit pas l’effet du gel à cause d’un antigel naturel. (P) Plumes et poils (M) Changer d'endroit, migrer, se serrer les uns contre les autres. (C) Le chien, pour se refroidir, halète, dilate ses vaisseaux sanguins cutanés et transpire. (P) Le chien, pour se réchauffer, frissonne et resserre ses vaisseaux sanguins cutanés (P)

15 B- Un facteur abiotique : l’eau
L’eau est un important facteur de distribution des organismes parce que sa concentration est rarement la même que celle de organismes et qu’elle n’est pas toujours très disponible. La concentration de l’eau est rarement la même que celle des organismes Concentration — définition La concentration d’une solution est la quantité de soluté (substance dissoute) par unité de solvant (substance qui dissout les solutés : dans les organismes c'est l'eau). Plus la concentration du soluté augmente dans une solution, plus celle du solvant diminue. Et vice versa. Plus la concentration du soluté diminue, plus celle du solvant augmente.

16 Concentration en milliosmoles de chlore par litre de solution
Concentration moyenne des liquides biologiques des animaux en milliosmoles de chlore par litre de solution. La concentration moyenne des liquides biologiques des organismes est de 180 mosmol Cl- /L de solution. Invertébrés marins Poissons cartilagineux (requins et raies) 600 500 400 300 200 100 EAU DE MER (550) Concentration en milliosmoles de chlore par litre de solution Poissons osseux dulcicoles Poissons osseux marins Reptiles Oiseaux Mammifères Amphibiens Invertébrés dulcicoles EAU DOUCE (35) ANIMAUX MARINS ANIMAUX DULCICOLES (EAU DOUCE) ANIMAUX TERRESTRES Inspiré de Mader, p. 489, éd. 1988

17 . Ainsi, nos globules rouges gonfleraient et éclateraient.
Qu’arrive-t-il lorsque l’organisme est plus concentré que son milieu ? Qu’arrive-t-il lorsque l’organisme est moins concentré que son milieu ? 550 milliosmoles Cl-/l 35 milliosmoles Cl-/l Gagne des solutés, surtout du NaCl Perd ses solutés, surtout du NaCl 180 180 Se gonfle d'eau Perd son eau . Ainsi, nos globules rouges gonfleraient et éclateraient. Ainsi, nos globules rouges se ratatineraient. Ces mouvements du soluté et du solvant tendent à rétablir l'équilibre entre les concentrations (pour chaque situation) mais feraient mourir l'organisme s'il n’y avait pas d’adaptation compensatoire. Voici quelques adaptations !

18 Cas des invertébrés marins et des agnathes
De même concentration que l'eau de mer «isotonique» Lamproie 554 Na+, 532 Cl-, 6.8 K+, 3 urée Total = 1002 mosm / l Eau de mer 460 Na+, 540 Cl-, 10 K+ Total = 1000 mosm / l Pas de déséquilibre hydrique Une lamproie (agnathe) Les compartiments des métazoaires, voir le tableau 1.2, lampetra

19 Cas du poisson osseux marin
Moins concentré que l’eau de mer «hypotonique» Eau de mer 460 Na+, 540 Cl-, 10 K+ Total = 1000 mosm / l Déséquilibres Poisson marin 180 Na+, 160 Cl-, 4 K+ Total = 337 mosm / l Capte du sel Perd son eau Adaptations Boit beaucoup Rejette le sel dans l’environnement par les branchies Peu d’urine très concentrée Les compartiments des métazoaires, voir le tableau 1.2, paralichthys

20 Cas du poisson osseux dulcicole (eau douce)
Plus concentré que l’eau douce «hypertonique» Eau douce (moyenne des rivières d’Amérique du Nord) 0.39 Na+, Cl-, K+ Total = < 5 mosm / l Déséquilibres Perd son sel Capte de l’eau Adaptations Poisson d’eau douce 142 Na+, 107 Cl-, 2 K+ Total = 293 mosm / l Ne boit pas Capte le sel de son environnement par les branchies Abondante urine très diluée Les compartiments des métazoaires, voir le tableau 1.2, carassius

21 Cas des poissons cartilagineux (requins et raies)
L’accumulation d’urée dans leurs tissus (sans être intoxiqués) les rend plus concentrés que l'eau de mer, donc hypertoniques. Par contre leur concentration en NaCl est moins élevée que celle de l’eau de mer. Eau de mer 460 Na+, 540 Cl-, 10 K+ Total = 1000 mosm / l Capte de l’eau Capte du sel Déséquilibres Adaptations Requin 263 Na+, 249 Cl-, 4.3 K+, 357 urée Total = 1007 mosm / l Ne boit pas Beaucoup beaucoup d’urine très diluée. Rejet de sel par la glande rectale. Les compartiments des métazoaires, voir le tableau 1.2, Squalus

22 Cas des mammifères marins Cas des oiseaux marins
Glandes nasales Narines Campbell (3eéd.) — Figure 44.7 : 1008 Mammifères marins Moins concentrés que l’eau de mer = hypotoniques Déséquilibres Se déshydratent et gagnent du sel Adaptations Boivent de l'eau de mer. Concentrent fortement leur urine. Oiseaux marins Moins concentrés que l’eau de mer = hypotoniques Déséquilibres Se déshydratent et gagnent du sel Adaptations Boivent de l'eau de mer. Excrètent l’excès de sel par leurs glandes nasales.

23 Cas du rat-kangourou (vit dans le désert)
L’eau n’est pas toujours très disponible Face à la rareté de l’eau il faut des adaptations qui permettent de maximiser son utilisation et de minimiser ses pertes. Cas du rat-kangourou (vit dans le désert) Ses anses de Henlé sont très longues de sorte qu’il perd très peu d’eau dans son urine. Son métabolisme lui fournit presque tous ses besoins en eau. Un néphron (une unité du rein) Sang Rat Humain Apport d’eau par jour Boissons 60% Aliments 30% Eau métabolique 10% Boissons 0% Aliments 10% Eau métabolique 90% Anse de Henlé Perte d’eau par jour Vaporisation 73% Urine 23% Fèces 4% Vaporisation 36% Urine 60% Fèces 4%

24 C- La lumière La lumière est un important facteur de distribution des organismes aquatiques qui font de la photosynthèse car elle est rapidement absorbée dans l’eau. Chaque mètre d'eau absorbe 45% de la lumière rouge et 2% de la lumière bleue. À une certaine profondeur, il n’y a plus de lumière. Spectre des ondes lumineuses visibles Adaptations pour contrer les effets négatifs d’un manque de lumière Les algues rouges ont des pigments qui leur permettent de capter la lumière bleue, la longueur d'onde la plus pénétrante dans l'eau. On les trouve jusqu’à 265 mètres de profondeur. Allez voir quelques algues rouges

25 D- Le vent Le vent est un facteur mineur de distribution des organismes sauf s'il est intense et régulier. Effets négatifs du vent sur les organismes Le vent refroidit les organismes. Le vent accentue les effets de la température froide car il accroît la perte de chaleur par vaporisation. Le vent assèche les organismes. Le vent accentue les effets d'un manque d'eau car il accroît les pertes d'eau en augmentant la transpiration. Adaptations des arbres pour contrer le vent Les bourgeons situés au vent se développent moins bien et les branches cassent. Les bourgeons situés sous le vent sont mieux protégés et se développent mieux. La dissymétrie observée n'est donc pas un mouvement dû au vent comme celui d'un drapeau mais une dissymétrie du développement. Campbell (3eéd.) — Figure 50.9 : 1181

26 E- Le sol Le sol est un facteur abiotique qui influence la distribution des végétaux et par conséquent, celle des animaux via la chaîne alimentaire. Importance du sol Le sol fournit l'eau et les sels minéraux (phosphates, nitrates…) nécessaires à la photosynthèse des végétaux. La structure physique du sol (argile, sable ...) et son pH déterminent le type de végétal qui s’installe. La nature du sol conditionne les types d'organismes qui peuvent s'y fixer ou s'y enfouir. SOL CALCAIRE Adaptations Un sol sableux sera habité d’animaux fouisseurs comme les pétoncles. Un sol rocheux sera recouvert d’algues capables de se cramponner. SOL LOURD ET ARGILEUX

27 Partie 3 : Écologie des populations
Le regroupement des organismes de la même espèce forme une population. Le plus grand objectif de l’écologie des populations Les caractéristiques d’une population : densité et distribution La démographie (et les facteurs démographiques) La sélection naturelle favorise les meilleurs cycles biologiques Le modèles d’accroissement démographique exponentiel Le modèles d’accroissement démographique logistique Modèle logistique et espèces dites à sélection « r » ou « k» Les facteurs qui régularisent la taille des populations L’abondance d’une population est régulée par une interaction complexe d’influences biotiques et abiotiques La population humaine s’approche-t-elle de sa capacité limite ?

28 5. Le plus grand objectif de l’écologie des populations
4. Le regroupement des organismes de la même espèce forme une population. Une population est un groupe d’individus de la même espèce qui occupent simultanément le même territoire, qui consomment les mêmes ressources et qui sont influencés par les mêmes facteurs écologiques. Campbell (3eéd.) — Figure 52.1 : 1233 5. Le plus grand objectif de l’écologie des populations Étudier la distribution et l'abondance des organismes. Quels sont les endroits où se rencontrent les organismes ? Quels sont les facteurs qui déterminent le nombre de ces individus dans ces endroits ?

29 6. Les caractéristiques d’une population : densité et dispersion
A- Une densité (1ière caractéristique des populations) La densité est le nombre d'individus par unité de surface (15 chevreuils /km 2 sur l’île d’Anticosti) ou de volume (5 daphnies /10 mL d’eau). Mesures de la densité On peut compter tous les individus mais cela est rarement possible. Par exemple, compter les étoiles de mer dans un étang à marée basse ou compter les caribous d’un troupeau, à vol d’avion. Recensement aérien de Buffles africains Campbell (2eéd.) — Figure 52.1 : 1258

30 Par comptage direct des organismes dans des parcelles
Les écologistes utilisent des techniques d’échantillonnage pour estimer la densité et la taille des populations. Par comptage direct des organismes dans des parcelles Pour estimer la taille d’une population de chênes blancs dans la totalité d’une zone, on peut compter le nombre d’arbres qui se trouvent dans plusieurs échantillons de 10 m x 100 m, choisis au hasard puis extrapoler les résultats à l’ensemble du territoire. Source

31 * Par la technique capture et recapture Population totale N
Cette technique suppose que tous les individus ont la même chance d’être capturés et que, par conséquent, le nombre d’individus capturés est un indicateur de la population totale. Source 1. Mise en place de pièges. Capture des animaux, marquage et libération des animaux. 3. Attente de quelques jours ou semaines pour que les animaux se mélangent avec les autres. 4. Remise en place de pièges. 5. Recapture. Population totale N Nombre d’animaux capturés et marqués la première fois Nombre total d’animaux capturés la seconde fois * = Nombre d’animaux capturés la seconde fois et qui étaient marqués

32 Complétez ce schéma. La densité d'une population n’est pas une propriété statique mais plutôt le résultat dynamique d’une interaction entre les ajouts d’individus (natalité et immigration) et leur retrait (mortalité et émigration). Ainsi, la taille numérique d’une population varie dans le temps. Cette taille peut se maintenir (naissances = mortalité), augmenter (plus de naissances) ou diminuer (plus de mortalité). L’étude de la variation de taille d’une population fait l’objet de la dynamique des populations. Campbell (3eéd.) — Figure 52.2 : 1235

33 B- Un mode de dispersion (2e caractéristique des populations)
À l’intérieur de l’aire de distribution géographique, la densité de population peut présenter des variations locales considérables. Ces variations renseignent les écologistes sur les interactions sociales et le milieu physique. Trois modes de dispersion des individus à l'intérieur des limites géographiques de la population : en agrégats, uniforme et aléatoire. DISPERSION EN AGRÉGATS Les individus forment des groupes. Mode le plus courant. Campbell (3eéd.) — figure 52.3 et ax : 1236 À cause des ressources concentrées dans des parcelles (végétaux) À cause du comportement sexuel et social (animaux)

34 Répartition égale sur le territoire
DISPERSION UNIFORME Répartition égale sur le territoire À cause de la concurrence pour l’eau et les sels minéraux (végétaux), le territoire ou une autre ressource (animaux). Des manchots se disputent chacun un petit emplacement. DISPERSION ALÉATOIRE Répartition au hasard sur le territoire À cause de l’absence d'attirance ou de répulsion entre les organismes. Mode de distribution plutôt rare. Les graines de pissenlit se posent au hasard avant de germer. Les arbres espèce sont souvent distribués de façon aléatoire dans les forêts tropicales humides. Campbell (3eéd.) — figure 52.3 : 1236

35 7. La démographie La démographie est l’étude de la taille des populations ainsi que de leurs variations au fil du temps. Les facteurs démographiques sont les facteurs qui influencent la taille future d’une population. Le taux de survie est un facteur démographique important Correspond à la capacité à survivre, et donc à la tendance à mourir, d'une certaine cohorte (groupe d'individus du même âge) en fonction de l'âge. Table de survie Exprimé de deux façons par les démographes : Courbes de survie

36 Femelles Mâles Tables de survie
Table de survie d’une cohorte d’écureuils, en Californie Femelles Mâles Âge Nombre d’individus vivants au début de l’intervalle Proportion de survivants au début de l’intervalle Nombre de morts pendant l’intervalle Taux de mortalité 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 459 252 127 67 35 19 9 5 4 1 1,00 0,549 0,277 0,146 0,076 0,041 0,02 0,011 0,009 0,002 207 125 60 32 16 10 3 0,45 0,50 0,47 0,48 0,46 0,53 0,44 0,20 0,75 475 248 108 34 11 2 0,522 0,227 0,072 0,023 0,004 227 140 74 23 0,56 0,69 0,68 0,82 Campbell (3eéd.) —Tableau 52.1 : 1237

37 Courbe de survie La courbe de survie représente graphiquement une partie des données d’une table de survie : le nombre de survivants de la cohorte en fonction de l’âge. Pour établir la courbe il faut multiplier la proportion de survivants de chaque classe d’âge par une cohorte hypothétique de 1000 individus. 1,00 * 1000 = 1000 0,522 * 1000 = 522 0,227 * 1000 = 2227 0,072 * 1000 = 172 0,023 * 1000 = 23 0,004 * 1000 = 4 Femelles 1,00 * 1000 = 1000 0,549 * 1000 = 549 0,277 * 1000 = 277 0,146 * 1000 = 146 0,076 * 1000 = 76 0,041 * 1000 = 41 0,02 * 1000 = 20 0,011 * 1000 = 11 0,009 * 1000 = 9 0,002 * 1000 = 2 Mâles Campbell (3eéd.) —Figure 52.4 : 1237

38 De façon générale, il y a trois types de courbes de survie
De façon générale, il y a trois types de courbes de survie. Cependant, de nombreuses espèces ont des courbes mixtes. Par exemple, les oiseaux ont une courbe de type III en début de vie puis une courbe de type II par la suite. Courbe de type I 1 000 100 10 1 Courbe de type II Courbe de type III Campbell (3eéd.) — figure 52.5 : 1237 Type I. Plus de mortalité en fin de vie  humains, gros mammifères Type II. Mortalité constante  oiseaux, hydres, écureuils Type III. Plus de mortalité en fin de vie en début de vie  huîtres, poissons

39 Le taux de reproduction est un facteur démographique important
Correspond à la capacité d’engendrer des descendants. Les écologistes qui étudient les espèces à reproduction sexuée ne s’occupent que des femelles car ce sont elles qui produisent les rejetons. Les démographes expriment le taux de reproduction à l’aide de tables de fécondité. Âge Proportion de femelles ayant une portée Nombre moyen d’individus par portée (mâles et femelles) Nombre moyen de femelles par portée Nombre moyen de rejetons femelles 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 0,00 0,65 0,92 0,90 0,95 1,00 3,30 4,05 4,90 5,45 4,15 3,40 3,85 3,15 1,65 2,03 2,45 2,73 2,08 1,70 1,93 1,58 1,07 1,87 2,21 2,59 Table de fécondité Recensement, par âge, des taux de fécondité des femelles d’une cohorte d’écureuils. Campbell (3eéd.) —Tableau 52.2 : 1238 Les tables de fécondité varient beaucoup selon les espèces. Les chênes laissent tomber des milliers de glands pendant des dizaines ou des centaines d’années alors que les écureuils ont deux à six petits pendant moins de 10 ans.

40 Le potentiel biotique sera d’autant plus grand que :
Le taux de reproduction est fonction du cycle biologique ou cycle de vie de l’espèce Correspond à l’ensemble des caractéristiques qui influent sur la reproduction et la survie de l'organisme (jalonné par la naissance, la reproduction et la mort). Détermine le potentiel biotique ou potentiel de reproduction (capacité à survivre et à se reproduire). Le potentiel biotique sera d’autant plus grand que : Le temps de génération est court (temps entre la naissance et la première reproduction). La taille des portées est grande (beaucoup de rejetons dans la portée). Les épisodes de reproduction sont nombreux.

41 8. La sélection naturelle favorise les meilleurs cycles biologiques, ceux qui assurent la survie maximale de l’organisme ainsi que la reproduction maximale de l’espèce (via un potentiel biotique maximal) Cycle sémelpare L’Agave (Agave shawii) profite d’une rare année où il pleut pour se reproduire puis elle meurt. La sémelparité [sémel (une fois) parité (engendrer)] est le cycle où l’individu produit un très grand nombre de rejetons en une seule fois puis meurt. Le saumon du Pacifique (Oncorhynchus kisutch) est sémelpare. Il revient en eau douce pour se reproduire puis meurt après la fraie. Image Campbell : 1239 (3eéd.) — Figure 52.6

42 Cycle itéropare L’itéparité [Itéro (répéter) parité (engendrer)] est le cycle où l’individu se reproduit de nombreuses fois. Le lézard vert (Lacerta bilineata) est itéropare. Il pond quelques gros œufs chaque année, dès lâge de deux ans. La sélection naturelle favorise les cycles sémelpares dans les milieux où les conditions sont variables ou imprévisibles. La production d’un grand nombre de rejetons augmente la probabilité de survie d’au moins quelques-uns d’entre eux. La sélection a donc favorisé la reproduction de l’espèce au détriment de l’individu. La sélection naturelle favorise les cycles itéropares dans les milieux où les conditions sont stables. La production d’un petit nombre de rejetons relativement gros et bien nourris augmente leur chance de survie mais aussi augmente la chance de survie des parents car cela leur demande moins d’énergie. La sélection favorise donc la reproduction de l’espèce mais aussi celle de l’individu.

43 Les cycles biologiques sont des compromis
Il y a un compromis à faire entre la reproduction et la survie. Aucun organisme ne peut produire autant de rejetons qu’une espèce sémelpare et les nourrir aussi bien qu’une espèce itéropare. Les organismes ont une allocation énergétique limitée. (On ne peut pas tout faire.) Taux de survie des faucons crécerelles en fonction de la taille de leurs couvées En preuve, lorsque la reproduction augmente la survie baisse. 100 80 60 40 20 Mâles Femelles Campbell (3eéd.) — Figure 52.7 : 1239 Nombre de rejetons moins élevé Couvées normales Nombre de rejetons plus élevé

44 8. Le modèles d’accroissement démographique exponentiel (Malthus)
Décrit l'accroissement d'une population vivant dans un milieu idéal (milieu possédant toutes les ressources nécessaires : nourriture, gîte et couvert, en quantité). Prédit que si rien ne freine la croissance d'une population (le milieu est idéal), celle-ci s'accroît de plus en plus vite : plus les individus sont nombreux, plus ils produisent de rejetons et plus il y a de rejetons, plus ils se reproduisent faisant augmenter la population encore plus. Produit une courbe en J (courbe exponentielle) : courbe qui débute un peu lentement car la population est peu nombreuse au début mais qui devient rapidement abrupte. Modèle qui reflète le potentiel biotique de la population ; les membres se reproduisent « à pleine capacité » . Équation exprimant le modèle exponentiel Taux maximal d’accroissement pour l’espèce = taux intrinsèque d’accroissement = potentiel biotique Variation de la taille de la population pendant une période très courte Nombre d’individus dans la population au début de la période d N d t r maximum = N L’accroissement est de plus en plus rapide car il dépend autant de r que de N. Taille de la population (N) L’accroissement est plus lent au départ car la population est petite. Temps (t)

45 r max= taux intrinsèque d'accroissement maximum de la population
Démonstration de l’équation décrivant le modèle exponentiel Soit une population hypothétique vivant dans un milieu idéal. La taille de la population augmente chaque fois qu’un organisme naît et diminue chaque fois qu’un organisme meurt. Variation de la taille de la population (pendant la période étudiée) Nombre absolu de naissances pendant la période Nombre absolu de morts pendant la période = - ∆ N = B (birth) M (mortality) ∆ t Nombre de naissances Nombre de morts Noté pour un très court instant dN = b (taux de natalité) * N m (taux de mortalité) * N dt r max= taux intrinsèque d'accroissement maximum de la population Peut avoir une valeur positive (plus de naissances), nulle (naissances = morts) ou négative (plus de morts) = (b - m ) N = r max N N = nombre d’individus dans la population

46 Problème no 1 Problème no 2 Soit une population hypothétique composée de 1000 individus vivant dans un milieu idéal. Il y a 34 naissances et 16 morts par année. Quel est son taux d’accroissement intrinsèque ? r max = (b - m) = 34/ / 1000 = 18 / 1000 = 0,018 Soit une population hypothétique composée de 1500 individus. Son taux de natalité est de 0,37 et son taux de mortalité est de 0,25. Combien y aura-t-il de naissances et de morts durant l’année ? B (naissances) = b N = 0,37 * 1500 = 555 naissances M (morts) = m N = 0,25 * 1500 = 375 morts

47 Comparaison de l'accroissement exponentielle de deux populations dont les valeurs de r maximum sont de 1 et 0,5 Croissance exponentielle de la population d’éléphants du Kruger National Park (Afrique du Sud ) La population d’éléphants augmenta de façon exponentielle pendant environ 60 ans après les mesures pour les protéger de la chasse. Actuellement des mesures sont prises pour limiter leur population car ils n’ont plus rien à manger à cause de leur trop grand nombre. r = 1,0 Taille de la population (N) r = 0,5 Taille de la population (N) Nombre de générations Campbell (3eéd.) — figure 52.9 : 1241 Campbell (3eéd.) — figure : 1241

48 La croissance exponentielle ne se produit pas habituellement dans la nature ni au laboratoire
La croissance exponentielle peut se produire durant certaines périodes et dans certaines conditions Aucune population ne peut croître indéfiniment parce que l'environnement (abiotique et biotique) limite son potentiel biotique en provoquant une diminution des taux de natalité et une augmentation des taux de mortalité. Les conditions environnementales qui limitent le potentiel biotique d'une population sont regroupées sous le terme de résistance du milieu (nourriture, température, refuges, relations avec les autres espèces, relations à l'intérieur de l'espèce, maladies, parasites …) Le nombre maximal d'individus d'une population stable qui peut vivre dans un milieu au cours d'une période relativement longue est la capacité limite du milieu. Des espèces exotiques s'introduisent dans un nouveau milieu où les prédateurs et les compétiteurs sont absents. L'étourneau sansonnet et le moineau domestique ont subi, une fois introduits en Amérique du Nord, des explosions de populations. Une espèce pionnière — comme le pissenlit (espèce ayant de grandes capacités de reproduction et de dispersion) s'introduit dans un champ abandonné. Des bactéries envahissent le tube digestif d'un nouveau-né. Des champignons envahissent un cadavre animal ou végétal.

49 9. Le modèles d’accroissement démographique logistique (Pierre-François Verhulst)
Décrit l'accroissement d'une population vivant dans un milieu réel (milieu possédant une quantité limitée de ressources et qui peut ne supporter qu’un certain nombre d’individus (capacité limite du milieu ou K). Prédit qu'une population (dans son milieu réel) s'accroît de moins en moins vite au fur et à mesure qu'elle s'approche de la capacité limite (k) pour finir par se stabiliser autour de celle-ci. Produit une courbe en S (courbe sigmoïde) : courbe qui débute un peu lentement car la population est peu nombreuse au début, qui s'accélère ensuite (petite période exponentielle) mais qui ralentit ensuite puis se stabilise à cause de la résistance du milieu qui devient de plus en plus grande au fur et à mesure que la taille augmente. 4. Modèle qui reflète la capacité du milieu à freiner la croissance d’une population. Équation exprimant le modèle logistique Facteur de réduction de r maximum Pourcentage de la population maximale qui peut encore s’ajouter. Variation de taille de la popula-tion Tauxintrin-sèque d’accrois-sement maximum Taille de la popula-tion au début de la pério-de d N d t K - N K = r max N CAPACITÉ LIMITE (k) La croissance ralentit. La croissance cesse. Une petite période de croissance exponentielle. Taille de la population (N) L’accroissement est plus lent au départ car la population est petite. Temps (t)

50 Campbell (3eéd.) — Tableau 52.3 : 1243
Accroissement démographique logistique d’une population où r maximum = 0,05 par individu et par année et où K = 1000 individus Taille de la popu- lation N Taux intrinsèque d’accrois- sement maximum r max Facteur qui diminue r max K - N K Taux d’accrois- sement «corrigé» r max K - N Taux d’accroissement démographique (variation de taille de la population durant la période) ∆N = r max K - N N 20 100 250 500 750 1000 0,05 0,98 ( / 1000) 0,90 0,75 0,50 0,25 0,00 0,049 (0,05 * 0,98) 0,045 0,038 0,024 0,013 0,000 + 1 (0,049 * 20) + 5 + 9 + 13 Arrondir ! Campbell (3eéd.) — Tableau 52.3 : 1243

51 Le modèle logistique s’applique aux populations naturelles
Comparaison de l’accroissement de la population précédente avec une population semblable dans un milieu idéal La résistance du milieu limite le potentiel biotique ! Croissance exponentielle Taille de la population (N) Croissance logistique Nombre de générations Campbell (3eéd.) — figure : 1243 Le modèle logistique s’applique aux populations naturelles L’accroissement d’une population de paramécies dans de petites cultures aux conditions constantes est quasi conforme au modèle logistique . Taille de la population (N) Campbell (3eéd.) — Figure : 1244 Temps (jours)

52 Le modèle logistique s’applique aux populations naturelles mais avec certaines limites
Exemple Les daphnies en culture ont dépassé la capacité limite du milieu. Oscillations autour de la courbe Dans de nombreuses populations, la taille peut dépasser la capacité limite durant un certain temps puis diminuer ensuite (oscillation autour de la courbe). Taille de la population (N) Temps (jours) Effet Allee Exemples Les oiseaux de mer ont besoin d'une stimulation sociale pour se reproduire. Lorsque les rhinocéros sont rares, ils ont de la difficulté à se trouver pour se reproduire. Tout ajout d'individu n'a pas le même effet négatif sur le taux d'accroissement d'une population. La survie et la reproduction des petites populations est plus difficile. Exemple Les Bruants chanteurs de la Colombie-britannique sont tués par le froid avant de subir une véritable explosion démographique. Effet du milieu Le modèle prévoit que les populations atteignent la capacité limite du milieu, mais bien souvent elles demeurent en deçà du seuil à cause des facteurs abiotiques du milieu. Nombre de femelles) Temps (années)

53 11. Modèle logistique et espèces dites à sélection « r » ou « k»
Espèces pionnières qui colonisent de nouveaux milieux aux conditions difficiles mais aussi espèces qui subissent une intense prédation Espèces généralement de petite taille. Se développent rapidement en produisant un grand nombre de rejetons en une seule reproduction. Faible survie des rejetons avec population plutôt fluctuante. Leur taux d'accroissement tend vers r max car elles sont généralement loin de la capacité limite du milieu. Dites à sélection r. Parfois qualifiées d’espèces opportunistes. Taille de la population (N) Lemmus lemmus Lemming de Norvège Pissenlit Temps (t) Campbell (3eéd.) — Figure 52.8 : 1240

54 Espèces généralement de grande taille.
Espèces de grande taille dont les rejetons ont beaucoup de chances de survie parce qu’ils privilégient de soins parentaux ou de conditions gagnantes (par exemple, un petit nombre de très grosses graines ayant de grandes réserves qui favorisent la survie des jeunes plants). Espèces généralement de grande taille. Se développent lentement produisant, à répétition, un petit nombre de rejetons vigoureux. Bonne survie des rejetons avec population plutôt stable. Leur taux d'accroissement tend vers 0 car les effectifs sont près de la capacité limite du milieu. Dites à sélection K. Parfois qualifiées d’espèces spécialistes. Cocotier (Cocos nucifera) Pan paniscus Bonobo ou chimpanzé pygmée Campbell (3eéd.) — Figure 52.8 : 1240

55 12. Les facteurs qui régularisent la taille des populations
Tous les facteurs qui abaissent la natalité d’une population tout en élevant sa mortalité. Facteurs indépendants de la densité Facteurs qui contrôlent la taille d’une population et dont l’effet s’exerce avec la même intensité, peu importe la densité de cette population. Facteurs relatifs à l’environnement ou facteurs abiotiques : changements saisonniers, incendies, ouragans ... L’écologiste des populations végétales, John Harper, a découvert que la mortalité de la vulpie à glume Vulpia fasciculata est principalement imputable à des facteurs physiques qui tuent une même proportion d’individus, peu importe la densité de la population. Source En Australie, les populations d’insectes du genre Thrips se nourrissent de fleurs et s’accroissent rapidement au printemps. Cependant, elles diminuent abruptement avant d’atteindre la capacité limite du milieu au cours de l’été sec, moment où la plupart des fleurs meurent. Source

56 Facteurs dépendants de la densité
Facteurs qui contrôlent la taille d’une population et dont l’effet s’amplifie avec l’augmentation de la densité de cette population. Facteurs relatifs aux êtres vivants ou facteurs biotiques (compétition, prédation, transmission des maladies, stress psychologique… ). Plus il y a d'individus, plus il y a de : de compétition (pour le territoire, la nourriture, les femelles …), de prédation (cela devient rentable énergétiquement pour les prédateurs de s'attaquer à des proies nombreuses), de maladies (la promiscuité favorise la transmission des maladies et des parasites) et de stress psychologique (affecte les taux de survie et de reproduction).

57 La taille des couvées diminue avec l’augmentation de leur densité.
Baisse de la fécondité Certaines populations deviennent de moins en moins fécondes au fur à mesure que leur densité augmente car il y a plus de compétition pour les nutriments et les autres ressources. Cas du Bruant chanteur Cas du Grand Plantain Campbell : 1246 (3eéd.) — Figure 52.15 Taille moyenne de la couvée Nombre moyen de graines par individu reproducteur (échelle logarithmique) Densité de la population de femelles Densité de la population de plantain La taille des couvées diminue avec l’augmentation de leur densité. La production des graines diminue avec l’augmentation de leur densité. Campbell : 1246 (3eéd.) — Figure 52.15

58 La territorialité De nombreux vertébrés et quelques invertébrés limitent leur population en s'appropriant un espace physique. Le territoire est la ressource qui fait l’objet de compétition. Cas du Fou de Bassan Cas du Guépard Il marque son territoire. Les «Fous» sans territoire ne se reproduisent pas. Campbell (3eéd.) — Figure : 1247

59 Baisse de la vigueur et de la survie
Certaines populations démontrent une baisse de vigueur et de survie lorsque leur densité augmente. Par exemple, les nutriments deviennent plus rares et les maladies se transmettent plus facilement. Cas de l’Amaranthe Pourriture grise de la vigne (Photo Anne-Sophie Walker © INRA) La masse moyenne des plants diminue avec l’augmentation de leur densité (moins de nutriments). Les infections fongiques des Végétaux sont plus graves lorsque leur densité est grande. Campbell (1eéd.) — Figure : 1098

60 Augmentation de la prédation
Une population plus dense subit plus de prédation car cela est rentable (énergétiquement parlant) pour leurs prédateurs. Cas du GNOU Pas encore des Gnous à manger Source

61 Les facteurs intrinsèques de stress
Certaines populations démontrent un syndrome intrinsèque de stress lorsque leur densité augmente. Cas des vers de farine Cas de la Souris à pattes blanches Campbell (2eéd.) — Figure : 1271 Moins de vers atteignent la maturité sexuelle avec l’augmentation de densité (par cannibalisme des œufs). Peromyscus leucopus Photo by Roger W. Barbour Lorsque la population atteint une taille de 30 à 40 individus, sur une petite parcelle, un syndrome de stress se développe. Des changements hormonaux (cortisol) retardent la mâturation sexuelle, atrophient les organes génitaux et affaiblissent le système immunitaire. La population tombe de façon dramatique.

62 Des fluctuations irrégulières
L’abondance d’une population est régulée par une interaction complexe d’influences biotiques et abiotiques Toutes les populations présentent à long terme des fluctuations importantes de leurs effectifs en raison d’une interaction complexe d’influences biotiques (facteurs dépendants de la densité) et abiotiques (facteurs indépendants de la densité) qui se superposent. Crabe dormeur de Californie 10 000 Des fluctuations irrégulières Orignaux de l'île Royale du lac Supérieur Capture commerciale (kg) Échelle logarithmique 2 500 2 000 1 500 1 000 500 Baisse due à la prédation par le loup gris (73-83) Campbell (3eéd.) — Figure 52.1 : 1248 Baisse due à un hiver rigoureux (95-96) Fluctuations causées par : le cannibalisme qui augmente avec la densité les courants océaniques imprévisibles qui entraînent les larves trop loin au large Campbell (3eéd.) — Figure : 1248

63 Des fluctuations régulières : les cycles démographiques
Plusieurs populations connaissent des cycles d’augmentation et de diminution d’une remarquable régularité. Cycle de 10 ans du lièvre et du lynx Ce cycle serait un effet combiné de la prédation excessive par le lynx mais aussi par d’autres prédateurs qui se tournent les uns contre les autres quand la nourriture est rare et, d’un manque de nourriture pour le lièvre en hiver. 160 120 80 40 Lièvre d’Amérique Lynx du Canada 9 6 3 Taille des populations de lynx (en milliers) Taille des populations de lièvres (en milliers) Campbell (3eéd.) — Figure : 1249

64 14. La population humaine s’approche-t-elle de sa capacité limite ?
Capacité limite de la Terre Milliards 6 5 4 3 2 1 En 1679, Anton Van Leeuwenhoek évalua que la capacité limite de la Terre était de 13,4 milliards de personnes. À l’heure d’aujourd’hui ces chiffres semblent très valables car les écologistes, actuellement, l’estime à 10 ou 15 milliards (p. 1253). Peste Années Campbell (3eéd.) — Figure : 1250 r max K - N K Rythme d’accroissement 2,19% d’augmentation de la population mondiale en 1962 Le rythme d’accroissement de la population mondiale diminue. Selon les modèles actuels, on prévoit que le taux d’accroissement global dépassera à peine 0,4% en 2050. Comment expliquer cela à l’aide de l’équation logistique ? 1,16% en 2003 Campbell (3eéd.) — Figure : 1250

65 Transition démographique
Suède Mexique Natalité Natalité Mortalité Certaines populations humaines sont relativement stables malgré un taux de natalité élevé car elles ont un taux de mortalité très élevé. Ce sont des pays pauvres, avec peu de soins de santé et de programmes éducatifs. Lorsque les pays se développent économiquement, les taux de natalité s’abaissent ainsi que les taux de mortalité. Les populations demeurent stables également. Le passage d’un état démographique à un autre — transition démographique — prend de nombreuses années. Mortalité Campbell (3eéd.) — Figure : 1251 La Suède a effectué sa transition démographique en 150 ans, entre 1810 et 1960. Le Mexique effectue actuellement sa transition démographique. Elle prendra environ 150 ans aussi et se terminera un peu après 2050.

66 La pyramide des âges (structure d'âge d’une population)
La pyramide des âges indique le pourcentage d’individus d’une population dans chacun des groupes d’âges. 90 et plus 85 à 89 ans 80 à 84 ans 75 à 79 ans 70 à 74 ans 65 à 69 ans 60 à 64 ans 55 à 59 ans 50 à 54 ans 45 à 49 ans 40 à 44 ans 35 à 39 ans 30 à 34 ans 25 à 29 ans 20 à 24 ans 15 à 19 ans 10 à 14 ans 5 à 9 ans 0 à 4 ans Femmes Hommes Révèle l'histoire récente des naissances et des décès. N’est pas statique car elle se modifie selon la démographie de la population. Très utile pour les démographes (et pour les gouvernements lorsqu’ils décident des grandes orientations du pays) car elle permet de prévoir la taille future d’une population (et donc ses besoins en santé, en éducation, en emplois…). 50 000 Milliers de personnes Population du Québec, 1 juillet 2008

67 Taille future prévisible de trois populations Hommes Femmes
Accroissement rapide Afghanistan Accroissement lent États-Unis Décroissance Italie 85+ 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 45-49 40-44 35-39 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 5-9 0-4 85+ 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 45-49 40-44 35-39 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 5-9 0-4 85+ 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 45-49 40-44 35-39 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 5-9 0-4 % de la population totale % de la population totale % de la population totale Campbell (3eéd.) — figure : 1252

68 L’empreinte écologique
Empreinte écologique (ha par personne) 16 14 12 10 8 6 4 2 Déficit L’empreinte écologique est une estimation de la superficie dont la Terre a besoin pour subvenir aux besoins d’une population selon son mode de vie. Allemagne Pays-Bas Royaume-Uni Espagne Nouvelle-Zélande États-Unis Japon Norvège Australie Comment savoir si nous ne consommons pas plus que ce que la Terre peut nous donner ? On peut tenter de mesurer son empreinte écologique. Canada Surplus Suède Chine Inde Capacité écologique disponible (ha par personne) Empreintes écologiques de quelques pays (1997) Les besoins écologiques des populations humaines Campbell (3eéd.) — figure : 1253 De la nourriture, de l’espace, des ressources renouvelables ou non telles l’eau, les combustibles fossiles et les métaux mais aussi, disposer de ses déchets (versus la capacité de la planète à les recycler). Chacun de ces besoins peut entraîner de la compétition (des luttes de pouvoir et des guerres) entre les populations des pays s’ils ne sont plus comblés !

69 FIN Parties 1 et 2 : Révision du chapitre 50 : p.1198, concept 50.2
Révision du chapitre 52 : pp et 1255 Retour sur les concepts du chapitre 52 : 52.1, 52.3 à 52.6 Autoévaluations du chapitre 52 : 1 à 10