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1 Effets des organismes sur leur environnement IRD, UMR 137 S. Barot.

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1 1 Effets des organismes sur leur environnement IRD, UMR 137 S. Barot

2 2 Notions dingénieur des écosystèmes Les différents types dingénieur des écosystèmes La boucle de rétroaction ingénieurs- environnement Etude par la modélisation Evolution des activités dingénieur Plan LV 335, Effets de organismes, Barot Conclusion Interaction avec les autres organismes

3 3 Notion dingénieur des écosystèmes LV 335, Effets de organismes, Barot

4 4 Lécologie cest longtemps surtout occupé de relations entre espèces Il est évident que lenvironnement influence les organismes LV 335, Effets de organismes, Barot Linverse est aussi vrai! Proie Prédateur Hôte Parasite Organisme Environnement

5 5 LV 335, Effets de organismes, Barot Relations trophiques / Relations non trophiques

6 6 Analogie avec les activités humaines LV 335, Effets de organismes, Barot Ingénieurs des écosystèmes (Jones 1994) Idée que la plupart des organismes modifient leur environnement

7 7 LV 335, Effets de organismes, Barot Organisme ingénieur = organismes modifiant les propriétés physico- chimique de son milieu sans agir directement sur un autre organisme

8 8 Interactions indirectes avec dautres organismes Leffet de lingénieur nest pas forcément proportionnel à sa taille ou à la densité dindividus Conséquences LV 335, Effets de organismes, Barot Ingénieur Environnement Organisme 1 Organisme 2 Organisme n

9 9 Les différents types dingénieur des écosystèmes LV 335, Effets de organismes, Barot

10 10 Autogénique : qui modifie le milieu par sa simple présence physique Allogénique : qui modifie le milieu par son action, des échanges avec le milieu … Allogénique / autogénique LV 335, Effets de organismes, Barot

11 11 Autotrophe / hétérotrophe Cas des plantes Cas des autotrophes et des hétérotrophes saprophages LV 335, Effets de organismes, Barot Cas des saprophages Eau Sels minéraux Zone de déplétion

12 12 Eau, sels minéraux Matière organique morte Utilisation dune ressource non-vivante LV 335, Effets de organismes, Barot Effets physico-chimiques sur le milieu Compétition avec les autres organismes

13 13 Beaucoup de champignons Beaucoup de macroorganismes des sols Une grande variété dorganismes saprophages LV 335, Effets de organismes, Barot Beaucoup de bactéries

14 14 Compétition avec les autres saprophages Modifie la MO, fournissant par là de la nourriture pour dautres saprophages De nombreux effets LV 335, Effets de organismes, Barot Change le milieu en dégradant la MO Recyclage des nutriments

15 15 Les plantes absorbent des nutriments minéraux (en particulier lazote nécessaire pour les protéines) Recyclage des nutriments LV 335, Effets de organismes, Barot La décomposition libère ces nutriments

16 16 Les écosystèmes sont des systèmes ouverts LV 335, Effets de organismes, Barot Des organismes augmentent les entrées de nutriments Des organismes augmentent les sorties de nutriments Bactéries fixatrices dazote Dénitrification Organismes augmentant le lessivage

17 17 Tous les effets des plantes LV 335, Effets de organismes, Barot Microclimat (lumière, température, vent) Création dhabitat (canopée, racines) Apport local de MO (litière + racines + exsudats) Possible influence sur les entrées et sorties de nutriments Diminution locale de la disponibilité en eau et nutriments

18 18 Cas particulier LV 335, Effets de organismes, Barot Importance de la spatialisation

19 19 Nombreux cas de végétation structurée LV 335, Effets de organismes, Barot Bandes de végétation ligneuse en zone tropicale Bosquets en zone tropicale Ligneux formant des haies dans les zones de tourbière Rietkerk et al TrEE

20 20 Déplacement de la bande de végétation Cas de la brousse tigrée

21 21 Création dhabitat: exemple des récifs coralliens LV 335, Effets de organismes, Barot Le corail, les éponges et les algues construisent un support physique = habitat Grande barrière de corail (Australie) En plus des effets trophiques (corail comme base du réseau trophique) Protègent des vague. Nurseries. Support. Abritent une très grande biodiversité

22 22 Le fruit dune association symbiotique LV 335, Effets de organismes, Barot Un cnidaire = polype, se nourrit de zooplancton Une algue unicellulaire symbiotique = Zooxanthelles Fournit de la MO Recycle les déchets azotés des polypes Participe à la précipitation du calcaire en fixant le CO 2

23 23 Un écosystème menacé mondialement LV 335, Effets de organismes, Barot

24 24 LV 335, Effets de organismes, Barot Notion despèce clef Espèce qui par son rôle trophique, ou dingénieur influencent de nombreuses espèces de lécosystème ou ses propriétés fondamentales (production primaire...)

25 25 Cas des vers de terre LV 335, Effets de organismes, Barot Vivent et se déplacent dans le sol Nourriture? Matière organique du sol Litière Galerie Plusieurs Groupes fonctionnels

26 26 Consomme tout le sol en quelques années Modifie la structure du sol (taille et stabilité des agrégats). Stabilité physique Pénétration des autres organismes Galerie Augmente linfiltration de leau Temps à augmenter le lessivage

27 27 Incorporation de la MO Fragmentation de la MO Assimilation dune partie de la MO ingérée Stimulation dune partie de la microflore Participation à la décomposition de la MO

28 28 Effets sélectifs sur la microflore (par exemple stimulation de bactérie dénitrifiantes, en général décroissance de la biomasse microbienne) Structure lhabitat de tous les organismes du sol Augmente en général la croissance des plantes Mécanismes? Effet sur les autres organismes

29 29 Isoptères (Ordre) E des sols, Barot Cas des termites Très nombreuses surtout dans les régions tropicales Mode de vie social comme les fourmis Existence de différentes castes

30 30 Termites E des sols, Barot Aspect ingénieur Galerie Placage Termitières Buttes Récolte dargile

31 31 E des sols, Barot Termites Effet sur le recyclage de la MO Consomment essentiellement de la matière organique végétale morte Termites humivores Termites lignivores Termites récoltant des restes dherbacées Comment digérer la cellulose et la lignine?

32 32 E des sols, Barot Termites Assimilation de la MO Symbioses avec des protozoaires intestinaux (qui contiennent des bactéries!) Termites champignonnistes Recyclage des nutriments Création de taches de fertilité

33 33 Structure spatiale dune savane (Lamto) Barot et al. Ecology 1999

34 34 Mise en évidence dune stratégie particulière dexploitation du sol Sous bosquet (sans Rônier) Hors bosquet Densité racinaire (kg /m3) Profondeur (cm) Mordelet, Barot, Abbadie, Plant and Soil 1996

35 35 La boucle de rétroaction ingénieurs- environnement LV 335, Effets de organismes, Barot

36 36 Notion de boucle de rétroaction LV 335, Effets de organismes, Barot Cas dune rétroaction positive Cas dun rétroaction négative Organisme Environnement Changements qualitatifs et quantitatifs Effet positif ou négatif ? Organisme Environnement +- t Envt et Ing Organisme Environnement + t Envt et Ing + Est-ce la seule dynamique possible? Est-ce réaliste?

37 37 Cas de la rétroaction positive LV 335, Effets de organismes, Barot Exemples? Lactivité de lorganisme ingénieur favorise lingénieur (croissance, survie, fécondité …) Cas des plantes fixatrices dazote Cas des bactéries saprophages Enzymes Nutriments

38 38 Cas de la rétroaction positive LV 335, Effets de organismes, Barot Lorganisme ingénieur construit sa propre niche Cela peut lui permettre de coloniser des environnements ou sinon il ne pourrait pas survivre Cela peut lui permettre de gagner la compétition contre dautres organismes

39 39 Cas de la rétroaction négative LV 335, Effets de organismes, Barot Exemples? Lactivité de lorganisme ingénieur défavorise lingénieur (croissance, survie, fécondité …) Tous les cas où la modification des propriétés physico-chimique diminuent la disponibilité dune ressource Eau Sels minéraux Zone de déplétion Cas des vers de terre Rétroaction négative = mécanisme de régulation = phénomène de densité dépendance indirecte

40 40 Étude par la modélisation LV 335, Effets de organismes, Barot

41 41 Des dynamiques complexes LV 335, Effets de organismes, Barot Cas dun rétroaction positive Organisme Environnement Changements qualitatifs et quantitatifs Effet positif ou négatif t Envt et Ing t

42 42 Pourquoi construire un modèle mathématique? LV 335, Effets de organismes, Barot Faire des prédictions générales Comprendre les phénomènes observés sur le terrain ou au laboratoire Expérimentation Modélisation

43 43 Modèle moyen LV 335, Effets de organismes, Barot 2 équations E : état de lenvironnementI : densité dingénieurs C : effet des ingénieurs sur lenvironnement D: retour naturel de lenvironnement à son état normal a : taux daccroissement pour E=0 et I=0 b : effet de lenvironnement sur le taux daccroissement : densité-dépendance négative

44 44 Exemple de résultats (on choisit des valeurs numériques pour les paramètres) LV 335, Effets de organismes, Barot Environnement Ingénieurs t t Quobserve-t-on? Les ingénieurs se maintiennent La dynamique provoque une variabilité temporelle La dynamique est cyclique

45 45 Mécanisme LV 335, Effets de organismes, Barot t Ingénieurs t Environnement Synergie Ingénieur Environnement Retour de lenvironnement Densité dépendance négative

46 46 Analyse mathématique LV 335, Effets de organismes, Barot Il existe des méthodes adéquates Différents comportement possible Dynamique périodique Dynamique chaotique Extinction Équilibre

47 47 Analyse mathématique LV 335, Effets de organismes, Barot Il existe des méthodes adéquates Différents comportement possible Dynamique périodique Dynamique chaotique Extinction Équilibre

48 48 Dynamique spatiale LV 335, Effets de organismes, Barot Un ingénieur transforme localement son environnement Un ingénieur transforme dépend de son environnement local Dispersion de lingénieur

49 49 Un programme de simulation LV 335, Effets de organismes, Barot Densité moyenne et état moyen constant de lenvironnement constants Apparition dhétérogénéité spatiale Variabilité temporelle locale (dans chaque case) Apparition dune structure spatiale

50 50 Conclusions sur les 2 modèles LV 335, Effets de organismes, Barot La boucle de rétroaction ingénieur- environnement aboutit probablement à des dynamiques complexes Elle conduit probablement à de la variabilité spatiale et temporelle de lenvironnement et des densités dingénieurs

51 51 Évolution des activités dingénieur LV 335, Effets de organismes, Barot

52 52 Dans le cas dune rétroaction positive LV 335, Effets de organismes, Barot Lingénieur tire bénéfice de son activité dingénieur Des gènes déterminent ces activités dingénieurs Les activités dingénieur peuvent être sélectionnées par lévolution

53 53 Notion de phénotype étendu (R. Dawkins) LV 335, Effets de organismes, Barot Environnement comme phénotype extérieur = étendu Gènes Phénotype Protéines Sélection Gènes Phénotype Protéines Sélection Environnement Activités dingénieur Rétroaction

54 54 Cas dune activité dingénieurs bénéficiant à tous les individus LV 335, Effets de organismes, Barot La production denzyme doit avoir un coup Enzymes Nutriments Bactérie ne transformant pas son environnement Bactérie transformant son environnement Comment la production denzymes peut- elle être sélectionnée?

55 55 Interactions avec les autres organismes LV 335, Effets de organismes, Barot

56 56 Les modifications environnementales touchent potentiellement toutes les espèces LV 335, Effets de organismes, Barot Ingénieur Environnement Organisme 1 Organisme 2 Organisme n Effet indirect des activités dingénieur

57 57 Types dinteraction indirecte LV 335, Effets de organismes, Barot Création dhabitat Fournit/utilise une ressource une ressource Modifie lhabitat

58 58 Effet de la variabilité et de lhétérogénéité LV 335, Effets de organismes, Barot Les ingénieurs créent de la variabilité spatiale et temporelles Cela pourrait augmenter la biodiversité? Créent de nombreuses niches

59 59 Inclure les ingénieurs dans les réseaux dinteraction? LV 335, Effets de organismes, Barot Un réseau trophique aquatique

60 60 Les ingénieurs comme espèce clef? LV 335, Effets de organismes, Barot Influence très grande sur les autres espèces Espèces à protéger Influence les propriétés de lécosystème

61 61 Conclusion LV 335, Effets de organismes, Barot

62 62 LV 335, Effets de organismes, Barot Interaction intime entre biotique et abiotique Utiliser les ingénieurs en ingénierie écologique? Problème évolutif


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