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Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Source Bernadette Féry Automne 2008 Chapitres 50 et 52 Campbell, 3 e édition INTRODUCTION À LÉCOLOGIE DISTRIBUTION.

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

2 a)Définition de lécologie b)Le milieu, au sens écologique du terme c)Que signifie le terme interactions en écologie ? d)Quest-ce quun facteur écologique ? e)Lécologie requiert beaucoup de connaissances f)Lécologie apporte les connaissances nécessaires pour cerner les problèmes environnementaux, les comprendre et les résoudre g)Lécologie est une science expérimentale difficile h)Lécologie a progressé grâce à de nouvelles façons de faire Partie 1 : Introduction à lécologie

3 1.Introduction à lécologie Science qui étudie les organismes (leur distribution et leur abondance), les relations quils ont avec leur milieu ainsi que les conséquences de toutes ces interactions. a)Définition de lécologie b)Le milieu, au sens écologique du terme Le milieu est lenvironnement biotique et abiotique des êtres vivants. Milieu biotique (relatif aux vivants) Relations entre les individus de la même espèce et entre individus despèces 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 dinteractions. Interaction directe Les gros arbres diminuent la quantité de lumière au sol disponible pour les autres plantes. Interaction 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. Interaction immédiate Un renard qui mange une grenouille. Interaction 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)Quest-ce quun facteur écologique ? Cest 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 despèces différentes (interspécifiques). Facteurs relatifs au milieu physico- chimique. Température, eau, lumière, vent et sol.

6 e)Lécologie requiert beaucoup de connaissances En génétique, en évolution, en physiologie, en éthologie, en chimie, en géologie, en physique, en mathématiques… f)Lécologie apporte les connaissances nécessaires pour cerner les problèmes environnementaux, les comprendre et les résoudre Érosion des terres par déforestation. Appauvrissement des sols par lagriculture et lélevage. Pollutions de leau et de lair. Bioaccumulation des pesticides. Destruction de la couche dozone. Déséquilibres par introduction despèces exotiques. Etc.

7 g)Lécologie 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)Lécologie 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 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 b)Les facteurs abiotiques varient dune région à l'autre (dans lespace) et d'une saison à l'autre (dans le temps) c)Plus les facteurs abiotiques sont favorables, plus les organismes sont nombreux et variés. Et vice versa. d)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 a)Température b)Eau c)Lumière d)Vent e)Sol Partie 2 : Distribution et adaptations des organismes sur la planète

9 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 b)Les facteurs abiotiques varient dune région à l'autre (dans lespace) et d'une saison à l'autre (dans le temps) Été versus hiver Saison des pluies versus saison sèche Équateur chaud et humide versus Pôles froids et secs * Facteurs qui influencent le plus, la distribution des organismes

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. Source 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. Régions désertiques (comme le centre du Sahara) faible biodiversité.

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 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 1.Régulent leur température. 2.Maintiennent leur température corporelle à un niveau constant tel que 37˚C pour les Mammifères. 3.Sont dits à sang chaud. ENDOTHERMES (homéothermes) Mammifères et oiseaux 1.Incapables de réguler leur température. 2.Se réchauffent s'il fait plus chaud et se refroidissent s'il fait plus froid. 3.Sont dits à sang froid.

14 Adaptations des ectothermes 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 leffet du gel à cause dun antigel naturel. (P) Adaptations des endothermes 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) Exemples dadaptations pour contrer les effets négatifs dune température inadéquate Morphologique = M Comportementale = C Physiologique = P

15 Leau est un important facteur de distribution des organismes parce que sa concentration est rarement la même que celle de organismes et quelle nest pas toujours très disponible. B- Un facteur abiotique : leau La concentration dune 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. Concentration définition La concentration de leau est rarement la même que celle des organismes

16 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. ANIMAUX MARINS ANIMAUX DULCICOLES (EAU DOUCE) ANIMAUX TERRESTRES EAU DOUCE (35) EAU DE MER (550) Reptiles Oiseaux Mammifères Invertébrés marins Poissons cartilagineux (requins et raies) Poissons osseux marins Invertébrés dulcicoles Poissons osseux dulcicoles Amphibiens Concentration en milliosmoles de chlore par litre de solution Inspiré de Mader, p. 489, éd. 1988

17 . Ainsi, nos globules rouges gonfleraient et éclateraient. Quarrive-t-il lorsque lorganisme est plus concentré que son milieu ? 35 milliosmoles Cl - /l 180 Perd ses solutés, surtout du NaCl Se gonfle d'eau Ainsi, nos globules rouges se ratatineraient. Quarrive-t-il lorsque lorganisme est moins concentré que son milieu ? 550 milliosmoles Cl - /l 180 Gagne des solutés, surtout du NaCl Perd son eau 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 ny avait pas dadaptation compensatoire. Voici quelques adaptations !

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

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

20 Cas du poisson osseux dulcicole (eau douce) Eau douce (moyenne des rivières dAmérique du Nord) 0.39 Na +, 0.23 Cl -, K + Total = < 5 mosm / l Poisson deau douce 142 Na +, 107 Cl -, 2 K + Total = 293 mosm / l Perd son selCapte de leau Capte le sel de son environnement par les branchies Abondante urine très diluée Plus concentré que leau douce «hypertonique» Déséquilibres Adaptations Les compartiments des métazoaires, voir le tableau 1.2,Les compartiments des métazoaires, voir le tableau 1.2, carassius Ne boit pas

21 Cas des poissons cartilagineux (requins et raies) Laccumulation durée 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 leau de mer. Eau de mer 460 Na +, 540 Cl -, 10 K + Total = 1000 mosm / l Requin 263 Na +, 249 Cl -, 4.3 K +, 357 urée Total = 1007 mosm / l Beaucoup beaucoup durine très diluée. Rejet de sel par la glande rectale. Les compartiments des métazoaires, voir le tableau 1.2,Les compartiments des métazoaires, voir le tableau 1.2, Squalus Capte de leau Déséquilibres Capte du sel Adaptations Ne boit pas

22 Mammifères marins Moins concentrés que leau de mer = hypotoniques Déséquilibres Se déshydratent et gagnent du sel Adaptations 1.Boivent de l'eau de mer. 2.Concentrent fortement leur urine. Cas des mammifères marins Oiseaux marins Moins concentrés que leau de mer = hypotoniques Déséquilibres Se déshydratent et gagnent du sel Adaptations 1.Boivent de l'eau de mer. 2.Excrètent lexcès de sel par leurs glandes nasales. Campbell (3 e éd.) Figure 44.7 : 1008 Glandes nasales Narines Cas des oiseaux marins

23 Face à la rareté de leau il faut des adaptations qui permettent de maximiser son utilisation et de minimiser ses pertes. Humain Rat Vaporisation 36% 60% Urine 60% Fèces 4% 60% Boissons 60% Aliments 30% 10% Eau métabolique 10% Vaporisation 73% 23% Urine 23% Fèces 4% 0% Boissons 0% Aliments 10% 90% Eau métabolique 90% Perte deau par jour Apport deau par jour 1.Ses anses de Henlé sont très longues de sorte quil perd très peu deau dans son urine. 2.Son métabolisme lui fournit presque tous ses besoins en eau. Cas du rat-kangourou (vit dans le désert) Anse de Henlé Un néphron (une unité du rein) Sang Leau nest pas toujours très disponible

24 La lumière est un important facteur de distribution des organismes aquatiques qui font de la photosynthèse car elle est rapidement absorbée dans leau. Chaque mètre d'eau absorbe 45% de la lumière rouge et 2% de la lumière bleue. À une certaine profondeur, il ny a plus de lumière. C-La lumière Allez voir quelques algues rouges Adaptations pour contrer les effets négatifs dun 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 jusquà 265 mètres de profondeur. Spectre des ondes lumineuses visibles

25 Le vent est un facteur mineur de distribution des organismes sauf s'il est intense et régulier. D-Le vent 1.Le vent refroidit les organismes. Le vent accentue les effets de la température froide car il accroît la perte de chaleur par vaporisation. 2.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. Effets négatifs du vent sur les organismes 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 (3 e éd.) Figure 50.9 : 1181

26 Le sol est un facteur abiotique qui influence la distribution des végétaux et par conséquent, celle des animaux via la chaîne alimentaire. E-Le 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 sinstalle. La nature du sol conditionne les types d'organismes qui peuvent s'y fixer ou s'y enfouir. Importance du sol SOL CALCAIRE Adaptations Un sol sableux sera habité danimaux fouisseurs comme les pétoncles. Un sol rocheux sera recouvert dalgues capables de se cramponner. SOL LOURD ET ARGILEUX

27 4.Le regroupement des organismes de la même espèce forme une population. 5.Le plus grand objectif de lécologie des populations 6.Les caractéristiques dune population : densité et distribution 7.La démographie (et les facteurs démographiques) 8.La sélection naturelle favorise les meilleurs cycles biologiques 9.Le modèles daccroissement démographique exponentiel 10.Le modèles daccroissement démographique logistique 11.Modèle logistique et espèces dites à sélection « r » ou « k» 12.Les facteurs qui régularisent la taille des populations 13.Labondance dune population est régulée par une interaction complexe dinfluences biotiques et abiotiques 14.La population humaine sapproche-t-elle de sa capacité limite ? Partie 3 : Écologie des populations

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

29 6.Les caractéristiques dune population : densité et dispersion A-Une densité (1 ière caractéristique des populations) La densité est le nombre d'individus par unité de surface (15 chevreuils /km 2 sur lîle dAnticosti) ou de volume (5 daphnies /10 mL deau).15 chevreuils /km 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 dun troupeau, à vol davion. Recensement aérien de Buffles africains Campbell (2 e éd.) Figure 52.1 : 1258

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

31 1.Mise en place de pièges. 2.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 danimaux capturés et marqués la première fois Nombre total danimaux capturés la seconde fois Nombre danimaux capturés la seconde fois et qui étaient marqués = * Par la technique capture et recapture Cette technique suppose que tous les individus ont la même chance dêtre capturés et que, par conséquent, le nombre dindividus capturés est un indicateur de la population totale. Source

32 Cette taille peut se maintenir (naissances = mortalité), augmenter (plus de naissances) ou diminuer (plus de mortalité). La densité d'une population nest pas une propriété statique mais plutôt le résultat dynamique dune interaction entre les ajouts dindividus (natalité et immigration) et leur retrait (mortalité et émigration). Ainsi, la taille numérique dune population varie dans le temps. Campbell (3 e éd.) Figure 52.2 : 1235 Complétez ce schéma. Létude de la variation de taille dune population fait lobjet de la dynamique des populations.

33 B-Un mode de dispersion (2 e caractéristique des populations) À lintérieur de laire 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. Les individus forment des groupes. Mode le plus courant. DISPERSION EN AGRÉGATS Campbell (3 e éd.) figure 52.3 et ax : 1236 À cause des ressources concentrées dans des parcelles (végétaux) À cause du comportement sexuel et social (animaux)

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

35 7. La démographie La démographie est létude 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 dune 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. Exprimé de deux façons par les démographes : Courbes de survie Table de survie

36 Tables de survie Campbell (3 e éd.) Tableau 52.1 : 1237 Table de survie dune cohorte décureuils, en Californie FemellesMâles ÂgeNombre dindividus vivants au début de lintervalle Proportion de survivants au début de lintervalle Nombre de morts pendant lintervalle Taux de mortalité Nombre dindividus vivants au début de lintervalle Proportion de survivants au début de lintervalle Nombre de morts pendant lintervalle Taux de mortalité ,00 0,549 0,277 0,146 0,076 0,041 0,02 0,011 0,009 0, ,45 0,50 0,47 0,48 0,46 0,53 0,44 0,20 0, ,00 0,522 0,227 0,072 0,023 0, ,48 0,56 0,69 0,68 0,82 1

37 Courbe de survie Campbell (3 e éd.) Figure 52.4 : 1237 La courbe de survie représente graphiquement une partie des données dune table de survie : le nombre de survivants de la cohorte en fonction de lâge. Pour établir la courbe il faut multiplier la proportion de survivants de chaque classe dâge par une cohorte hypothétique de 1000 individus. Femelles Mâles 1,00 * 1000 = ,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 1,00 * 1000 = ,522 * 1000 = 522 0,227 * 1000 = ,072 * 1000 = 172 0,023 * 1000 = 23 0,004 * 1000 = 4

38 Type II. Mortalité constante oiseaux, hydres, écureuils Type I. Plus de mortalité en fin de vie humains, gros mammifères Type III. Plus de mortalité en fin de vie en début de vie huîtres, poissons Campbell (3 e éd.) figure 52.5 : Courbe de type I Courbe de type II Courbe de type III 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.

39 Le taux de reproduction est un facteur démographique important Correspond à la capacité dengendrer des descendants. Les écologistes qui étudient les espèces à reproduction sexuée ne soccupent que des femelles car ce sont elles qui produisent les rejetons. Les démographes expriment le taux de reproduction à laide de tables de fécondité. Table de fécondité Recensement, par âge, des taux de fécondité des femelles dune cohorte décureuils. ÂgeProportion de femelles ayant une portée Nombre moyen dindividus par portée (mâles et femelles) Nombre moyen de femelles par portée Nombre moyen de rejetons femelles ,00 0,65 0,92 0,90 0,95 1,00 0,00 3,30 4,05 4,90 5,45 4,15 3,40 3,85 3,15 0,00 1,65 2,03 2,45 2,73 2,08 1,70 1,93 1,58 0,00 1,07 1,87 2,21 2,59 2,08 1,70 1,93 1,58 Campbell (3 e éd.) 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 dannées alors que les écureuils ont deux à six petits pendant moins de 10 ans.

40 Correspond à lensemble 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 dautant plus grand que : 1.Le temps de génération est court (temps entre la naissance et la première reproduction). 2.La taille des portées est grande (beaucoup de rejetons dans la portée). 3.Les épisodes de reproduction sont nombreux. Le taux de reproduction est fonction du cycle biologique ou cycle de vie de lespèce

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

42 Le lézard vert (Lacerta bilineata) est itéropare. Il pond quelques gros œufs chaque année, dès lâge de deux ans.Lacerta bilineata Litéparité [Itéro (répéter) parité (engendrer)] est le cycle où lindividu se reproduit de nombreuses fois. La sélection naturelle favorise les cycles sémelpares dans les milieux où les conditions sont variables ou imprévisibles. La production dun grand nombre de rejetons augmente la probabilité de survie dau moins quelques-uns dentre eux. La sélection a donc favorisé la reproduction de lespèce au détriment de lindividu. La sélection naturelle favorise les cycles itéropares dans les milieux où les conditions sont stables. La production dun 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 dénergie. La sélection favorise donc la reproduction de lespèce mais aussi celle de lindividu. Cycle itéropare

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

44 8.Le modèles daccroissement démographique exponentiel (Malthus) 1.Décrit l'accroissement d'une population vivant dans un milieu idéal (milieu possédant toutes les ressources nécessaires : nourriture, gîte et couvert, en quantité). 3.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. 4.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. 5.Modèle qui reflète le potentiel biotique de la population ; les membres se reproduisent « à pleine capacité ». Taille de la population (N) Laccroissement est plus lent au départ car la population est petite. r Laccroissement est de plus en plus rapide car il dépend autant de r que de N. Temps (t) Équation exprimant le modèle exponentiel = Taux maximal daccroissement pour lespèce = taux intrinsèque daccroissement = potentiel biotique r maximum Variation de la taille de la population pendant une période très courte d N d t Nombre dindividus dans la population au début de la période N

45 Soit une population hypothétique vivant dans un milieu idéal. La taille de la population augmente chaque fois quun organisme naît et diminue chaque fois quun organisme meurt. Démonstration de léquation décrivant le modèle exponentiel N = nombre dindividus dans la population 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 = ( b - m ) N = r max N dN = b (taux de natalité) * N - m (taux de mortalité) * N dt Noté pour un très court instant r max = taux intrinsèque d'accroissement maximum de la population P eut avoir une valeur positive (plus de naissances), nulle (naissances = morts) ou négative (plus de morts)

46 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 daccroissement intrinsèque ? r max = (b - m) = 34/ / 1000 = 18 / 1000 = 0,018 Problème no 1 Problème no 2 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 lannée ? 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 r = 1,0 r = 0,5 Campbell (3 e éd.) figure 52.9 : 1241 La population déléphants 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 nont plus rien à manger à cause de leur trop grand nombre. Campbell (3 e éd.) figure : 1241 Nombre de générations Taille de la population (N) Croissance exponentielle de la population déléphants du Kruger National Park (Afrique du Sud ) Taille de la population (N)

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 1.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. 2.Une espèce pionnière comme le pissenlit (espèce ayant de grandes capacités de reproduction et de dispersion) s'introduit dans un champ abandonné. 3.Des bactéries envahissent le tube digestif d'un nouveau-né. 4.Des champignons envahissent un cadavre animal ou végétal. 1.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. 2.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 …) 3.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.

49 9.Le modèles daccroissement démographique logistique (Pierre-François Verhulst)Pierre-François Verhulst 1.Décrit l'accroissement d'une population vivant dans un milieu réel (milieu possédant une quantité limitée de ressources et qui peut ne supporter quun certain nombre dindividus (capacité limite du milieu ou K). 2.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. 3.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 dune population. Taille de la population (N) Laccroissement est plus lent au départ car la population est petite. Temps (t) La croissance ralentit. Une petite période de croissance exponentielle. La croissance cesse. CAPACITÉ LIMITE (k) Équation exprimant le modèle logistique = r max Tauxintrin- sèque daccrois- sement maximum d N d t Variation de taille de la popula- tion N Taille de la popula- tion au début de la pério- de K - N K Facteur de réduction de r maximum Pourcentage de la population maximale qui peut encore sajouter.

50 Accroissement démographique logistique dune population où r maximum = 0,05 par individu et par année et où K = 1000 individus Taille de la popu- lation N Taux intrinsèque daccrois- sement maximum r max Facteur qui diminue r max K - N K Taux daccrois- sement «corrigé» r max K - N K Taux daccroissement démographique (variation de taille de la population durant la période) N = r max K - N N K ,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, (0,049 * 20) Campbell (3 e éd.) Tableau 52.3 : 1243 Arrondir !

51 Campbell (3 e éd.) Figure : 1244 Laccroissement dune population de paramécies dans de petites cultures aux conditions constantes est quasi conforme au modèle logistique. Le modèle logistique sapplique aux populations naturelles Temps (jours) Taille de la population (N) Comparaison de laccroissement de la population précédente avec une population semblable dans un milieu idéal Croissance exponentielle Croissance logistique Nombre de générations Taille de la population (N) Campbell (3 e éd.) figure : 1243 La résistance du milieu limite le potentiel biotique !

52 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. 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. Le modèle logistique sapplique aux populations naturelles mais avec certaines limites Dans de nombreuses populations, la taille peut dépasser la capacité limite durant un certain temps puis diminuer ensuite (oscillation autour de la courbe). Oscillations autour de la courbe Exemple Les daphnies en culture ont dépassé la capacité limite 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. Effet du milieu Exemple Les Bruants chanteurs de la Colombie- britannique sont tués par le froid avant de subir une véritable explosion démographique. Taille de la population (N) Nombre de femelles) Temps (jours) Temps (années)

53 11.Modèle logistique et espèces dites à sélection « r » ou « k» 1.Espèces généralement de petite taille. 2.Se développent rapidement en produisant un grand nombre de rejetons en une seule reproduction. 3.Faible survie des rejetons avec population plutôt fluctuante. 4.Leur taux d'accroissement tend vers r max car elles sont généralement loin de la capacité limite du milieu. Dites à sélection r. 5.Parfois qualifiées despèces opportunistes. Espèces pionnières qui colonisent de nouveaux milieux aux conditions difficiles mais aussi espèces qui subissent une intense prédation Lemmus lemmus Lemming de Norvège Pissenlit Campbell (3 e éd.) Figure 52.8 : 1240 Taille de la population (N) Temps (t)

54 Espèces de grande taille dont les rejetons ont beaucoup de chances de survie parce quils 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). 1.Espèces généralement de grande taille. 2.Se développent lentement produisant, à répétition, un petit nombre de rejetons vigoureux. 3.Bonne survie des rejetons avec population plutôt stable. 4.Leur taux d'accroissement tend vers 0 car les effectifs sont près de la capacité limite du milieu. Dites à sélection K. 5.Parfois qualifiées despèces spécialistes. Pan paniscus Bonobo ou chimpanzé pygmée Campbell (3 e éd.) Figure 52.8 : 1240 Cocotier (Cocos nucifera)

55 En Australie, les populations dinsectes du genre Thrips se nourrissent de fleurs et saccroissent rapidement au printemps. Cependant, elles diminuent abruptement avant datteindre la capacité limite du milieu au cours de lété sec, moment où la plupart des fleurs meurent. Facteurs indépendants de la densité 12.Les facteurs qui régularisent la taille des populations Facteurs qui contrôlent la taille dune population et dont leffet sexerce avec la même intensité, peu importe la densité de cette population. Facteurs relatifs à lenvironnement ou facteurs abiotiques : changements saisonniers, incendies, ouragans... Lécologiste 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 dindividus, peu importe la densité de la population. Source Tous les facteurs qui abaissent la natalité dune population tout en élevant sa mortalité. Source

56 Facteurs dépendants de la densité 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). Facteurs qui contrôlent la taille dune population et dont leffet samplifie avec laugmentation de la densité de cette population. Facteurs relatifs aux êtres vivants ou facteurs biotiques (compétition, prédation, transmission des maladies, stress psychologique… ).

57 Campbell : 1246 (3 e éd.) Figure La production des graines diminue avec laugmentation de leur densité. Cas du Grand Plantain La taille des couvées diminue avec laugmentation de leur densité. Cas du Bruant chanteur Campbell : 1246 (3 e éd.) Figure 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. Densité de la population de femelles Taille moyenne de la couvée Nombre moyen de graines par individu reproducteur (échelle logarithmique) Densité de la population de plantain

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

59 Campbell (1 e éd.) Figure : 1098 La masse moyenne des plants diminue avec laugmentation de leur densité (moins de nutriments). 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 lAmaranthe Les infections fongiques des Végétaux sont plus graves lorsque leur densité est grande. Pourriture grise de la vigne (Photo Anne-Sophie Walker © INRA)

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

61 Cas de la Souris à pattes blanches Les facteurs intrinsèques de stress Certaines populations démontrent un syndrome intrinsèque de stress lorsque leur densité augmente. 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. Moins de vers atteignent la maturité sexuelle avec laugmentation de densité (par cannibalisme des œufs). Cas des vers de farine Peromyscus leucopus Photo by Roger W. Barbour Campbell (2 e éd.) Figure : 1271

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

63 Des fluctuations régulières : les cycles démographiques Plusieurs populations connaissent des cycles daugmentation et de diminution dune remarquable régularité. Cycle de 10 ans du lièvre et du lynx Lièvre dAmérique Lynx du Canada Campbell (3 e éd.) Figure : 1249 Taille des populations de lièvres (en milliers) Taille des populations de lynx (en milliers) Ce cycle serait un effet combiné de la prédation excessive par le lynx mais aussi par dautres prédateurs qui se tournent les uns contre les autres quand la nourriture est rare et, dun manque de nourriture pour le lièvre en hiver.

64 14.La population humaine sapproche-t-elle de sa capacité limite ? Campbell (3 e éd.) Figure : 1250 Peste Le rythme daccroissement de la population mondiale diminue. Selon les modèles actuels, on prévoit que le taux daccroissement global dépassera à peine 0,4% en Comment expliquer cela à laide de léquation logistique ? 1,16% en Campbell (3 e éd.) Figure : 1250 Capacité limite de la Terre En 1679, Anton Van Leeuwenhoek évalua que la capacité limite de la Terre était de 13,4 milliards de personnes. À lheure daujourdhui ces chiffres semblent très valables car les écologistes, actuellement, lestime à 10 ou 15 milliards (p. 1253). 0 Milliards Années Rythme daccroissement r max K - N K 2,19% daugmentation de la population mondiale en 1962

65 Transition démographique 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 sabaissent ainsi que les taux de mortalité. Les populations demeurent stables également. Le passage dun état démographique à un autre transition démographique prend de nombreuses années. La Suède a effectué sa transition démographique en 150 ans, entre 1810 et Le Mexique Le Mexique effectue actuellement sa transition démographique. Elle prendra environ 150 ans aussi et se terminera un peu après N atalité M ortalité Mexique Suède N atalité M ortalité Campbell (3 e éd.) Figure : 1251

66 La pyramide des âges (structure d'âge dune population) La pyramide des âges indique le pourcentage dindividus dune population dans chacun des groupes dâges. Révèle l'histoire récente des naissances et des décès. Nest pas statique car elle se modifie selon la démographie de la population. Très utile pour les démographes (et pour les gouvernements lorsquils décident des grandes orientations du pays) car elle permet de prévoir la taille future dune population (et donc ses besoins en santé, en éducation, en emplois…). 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 Milliers de personnes Population du Québec, 1 juillet 2008 FemmesHommes

67 Taille future prévisible de trois populations Accroissement rapide Afghanistan Accroissement lent États-Unis Décroissance Italie HommesFemmes Campbell (3 e éd.) figure : % de la population totale % de la population totale % de la population totale

68 Comment savoir si nous ne consommons pas plus que ce que la Terre peut nous donner ? On peut tenter de mesurer son empreinte écologique. Lempreinte écologique Lempreinte écologique est une estimation de la superficie dont la Terre a besoin pour subvenir aux besoins dune population selon son mode de vie. Capacité écologique disponible (ha par personne) Empreinte écologique (ha par personne) États-Unis Allemagne Pays-Bas Royaume-Uni Espagne Japon Norvège Suède Canada Australie Nouvelle- Zélande Campbell (3 e éd.) figure : 1253 Déficit Surplus Chine Inde Les besoins écologiques des populations humaines De la nourriture, de lespace, des ressources renouvelables ou non telles leau, 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 sils ne sont plus comblés ! Empreintes écologiques de quelques pays (1997)

69 FIN Parties 1 et 2 : Révision du chapitre 50 : p.1198, concept 50.2 Partie 3 : 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


Télécharger ppt "Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Source Bernadette Féry Automne 2008 Chapitres 50 et 52 Campbell, 3 e édition INTRODUCTION À LÉCOLOGIE DISTRIBUTION."

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