Liens communauté-fonctionnement

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1 Liens communauté-fonctionnement
S. Barot IRD, UMR 137

2  Rôles fonctionnels de la biodiversité
Plan  Introduction  Effets trophiques  La biodiversité  Rôles fonctionnels de la biodiversité LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

3 Introduction LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

4 Les fonctions de l’écosystème
 Production primaire  Consommation  Contrôle des flux de nutriments  Décomposition LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

5 Interactions biologie-physique/chimie
 La lumière comme source d’énergie universelle  Le CO2 atmosphérique comme source de C  La photosynthèse = une manière biologique de capter l’énergie solaire et de fixer le C atmosphériques  Bien d’autres fonctions sont avant tout biologiques : décomposition … LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

6 Interactions biologie-physique/chimie
 Le fonctionnement d’un écosystème suit les lois de la physique et de la thermodynamique Mais les processus biologiques jouent un rôle unique  L’homme peut réaliser industriellement des réactions très complexes Mais l’homme ne peut se passer des systèmes écologiques Agriculture Combustibles fossiles LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

7 Rôle des différents groupes trophiques?
 Complémentarité dans le recyclage Matière organique Décomposeurs Producteur primaire Nutriments minéraux CO2  Effet des chaînes trophiques? Producteur primaire Herbivores Consommateurs Matière organique Nutriments minéraux CO2 Décomposeurs LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

8 Rôle de la diversité dans un groupe trophique?
 Il existe une grande diversité spécifique Espèce 1 Espèce 1 Espèce 1 Espèce 2 Espèce 2 Espèce 2 Espèce 3 Espèce 3 Espèce 3 ………. ………. ………. Producteur primaire Herbivores Consommateurs Matière organique Nutriments minéraux CO2 Décomposeurs Espèce 1 Espèce 2 Espèce 3 ………. LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

9 Effets trophiques LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

10 Une très grande complexité
 Structure du réseau  Stabilité  Effet de la perte d’une espèce Plein de théories! LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

11 Des questions plus simples
 Quel est l’effet des herbivores sur les plantes et la production primaire?  Pourquoi les herbivores ne réduisent pas la biomasse de plante à un niveau bcp plus faible? Pourquoi la planète est-elle verte? LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

12 Effets de herbivores sur les plantes
 Herbivorie à toutes les échelles LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

13 Effets de herbivores sur la biomasse
 Diminution de la biomasse LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

14 Effets de herbivores sur la démographie
 Diminution du nombre d’individus  Exclusion totale LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

15 Effets de herbivores sur la production primaire
 Stimulation de la repousse  Effet positif par le recyclage des nutriments minéraux  Effet positif des herbivores pour une pression d’herbivorie intermédiaire? N minéral Production primaire Pression d’herbivorie LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

16 Facteurs limitant l’impact de l’herbivorie?
 Défenses contre les herbivores Épines Molécules de défense Lignine Terpène Phénols LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

17 Facteurs limitant l’impact de l’herbivorie?
 Régulation des herbivores par les prédateurs Densité / Biomasses Pas de prédateur Prédateurs Producteurs primaires Herbivores Prédateurs LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

18 Contrôle bottom-up ou top-down?
Densité / Biomasses Densité / Biomasses Faible ressource (nutriments minéraux Ressource élevée (nutriments minéraux Producteurs primaires Herbivores Prédateurs LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

19 La biodiversité LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

20 Qu’est ce que la biodiversité?
 Diversité génétique Diversité génétique à l’intérieur d’une espèce  Diversité spécifique Nombre d’espèces  Diversité fonctionnelle On regroupe les espèces en groupes d’espèce jouant le même rôle dans l’écosystème (groupes trophiques…) LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

21 estimation la plus haute
Tableau 2. Estimation du nombre d'espèces des principaux groupes taxinomiques (d’après WCMC, 1992). Une diversité immense et très mal connue Groupe Espèces déjà décrites Espèces à décrire estimation la plus haute estimation probable Virus 5 000 Bactéries 4 000 Champignons 70 000 Protozoaires 40 000 Végétaux Vertébrés 45 000 50 000 Nématodes 15 000 Mollusques Crustacés Arachnides 75 000 Insectes LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

22 Pourquoi la biodiversité est-elle si mal connue?
 Difficulté avec les organismes ‘‘primitifs’’ souvent de petite taille  Structuration de la recherche La taxonomie est un travail de fond, descriptif Indispensable mais ingrat  Travail trop proche du travail des naturalistes / tout génétique et moléculaire actuel  Une diversité dynamique (nouvelles espèces, disparition … ) LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

23 Pourquoi la biodiversité est-elle menacée?
 Pertes d’habitat LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

24 Pourquoi la biodiversité est-elle menacée?
 Une emprunte humaine globale Pollution (pesticides, nitrates, CO2) Exploitation directe des espèces naturelles (pêche) Uniformisation des espèces cultivées Introduction d’espèces non contrôlée Changement climatique? LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

25 Exemple de la pêche LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

26 3 écosystèmes menacés  Récifs coralliens  Mangroves
 Forêts équatoriales LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

27 3 écosystèmes menacés LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Mangroves Récifs coralliens Forêts équatoriales LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

28 Des écosystèmes avec une très grande biodiversité
Pourquoi?  Écosystèmes avec une grand productivité primaire  Zones équatoriale : chaleur, humidité  Multiplicité des niches écologiques  Stabilité à l’échelle de l’année  Zones peu touchées par les dernières glaciations LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

29 Des écosystèmes menacés
Pourquoi?  Dans des pays en voie de développement Populations en fortes croissance  Besoin de terres à cultiver (nourriture et agrocarburant, brésil…)  Des ressources à exploiter (bois..)  Aquaculture (mangrove, crevette)  Réchauffement global (récifs?) LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

30 Exemple de la ‘‘grenouille buffle’’
 Introduction à l’Ouest des rocheuses Rana catesbeiana  Tend à éliminer les autres espèces Plus compétitif Têtards peu consommés par les poissons Rana pipiens LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

31 Exemple de la ‘‘grenouille buffle’’
 Des introductions volontaires LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

32 Pourquoi se préoccuper de a la biodiversité?
 Un aspect culturel et esthétique  La biodiversité comme source de service écosystémiques: +Source de molécules pour l’homme (pharmacie) + Détermine la capacité d’adaptation des écosystèmes + Augmente l’efficacité du fonctionnement des écosystèmes? LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

33 Une espèce disparue a disparu pour toujours
Principe de précaution? Une espèce disparue a disparu pour toujours LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

34 L’économie écologique
Un nouveau courant  Vise à quantifier la valeur monétaire des services fournis par la nature Services écosystémiques  Conséquences: +Justifie les recherches en écologie + Justifie la protection + Permet des incitations économiques (marché du carbone, mesures agro-environnementales)  Conséquences dans le cadre du libéralisme économique? LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

35 Rôles fonctionnels de la biodiversité
LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

36  Des réseaux trophiques plus stables?
 Résistance aux invasions?  Effet positif sur la fonctionnement des écosystèmes? LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

37 Diversité horizontale et verticale
Duffy et al Ecol. Lett. LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

38 Notion de niche écologique
 Ensemble des conditions biotiques et abiotiques qui permettent à une espèce de vivre et de se reproduire  Niche trophique : ensemble des ressources trophiques nécessaires à une espèce Niche trophique horizontale Niche trophique verticale Carnivore de premier niveau Omnivore Taille ou qualité d’une ressource Niveau trophique consommé LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

39 Des réseaux trophiques plus stables?
 Le concept de stabilité équilibre Masse d’une espèce équilibre perturbation perturbation temps temps  Application aux réseaux trophiques LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

40 Effet de la diversité sur les invasions?
 Faible diversité Invasion Niche trophique ou écologique Niche trophique ou écologique  Forte diversité Pas d’invasion Niche trophique ou écologique Niche trophique ou écologique LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

41 Exemple d’une prairie tempérée
Zavaleta 2004 Science LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

42 ? Biodiversité horizontale et fonctionnement
 L’effet de la biodiversité horizontale a surtout été étudié pour les plantes  Que se passe-t-il quand la biodiversité des producteurs primaires augmente? ? Production primaire Nb d’espèce de plantes LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

43 Biodiversité horizontale et fonctionnement Complémentarité
Production primaire Production primaire Niche trophique ou écologique Niche trophique ou écologique NB espèce de plantes +  Plus il y a d’espèces plus elles occupent toutes les niches disponibles (occupation de l’espace)  Plus il y a d’espèces plus elles utilisent toute la ressource disponible (eau, lumière, nutriments) LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

44  Utilisation complémentaire de la ressource
Biodiversité horizontale et fonctionnement Mécanismes de la complémentarité  Utilisation complémentaire de la ressource LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

45 Biodiversité horizontale et fonctionnement Effet d’échantillonnage
Biomasse potentielle à t et en monoculture Différentes espèces potentiellement présentes localement Sélection locale d’espèces Avec peu d’espèces on a peut de chance de rencontrer les espèces les plus productives : faible production primaire LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

46 Biodiversité horizontale et fonctionnement Effet d’échantillonnage
Forte diversité Faible diversité Forte productivité de la communauté Faible productivité Quelle est l’hypothèse conduisant à cette conclusion? Surface occupée ou densité Surface occupée ou densité LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

47 Biodiversité horizontale et fonctionnement Effet d’échantillonnage
L’effet déchantillonnage augmente la production primaire si les espèces les plus productives en monoculture le reste en compétition avec d’autres espèces:  Elles gagnent la compétition  Elles occupent mieux l’espace  Elles utilisent mieux les ressources LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

48 Variance de la productivirté
Biodiversité horizontale et fonctionnement Effet d’assurance t=n+1 t=n Forte diversité Faible diversité Variance de la productivirté Diversité LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

49 Biodiversité horizontale et fonctionnement
LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

50 Expérience type LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Pool d’espèces Tirage au sort Monocultures N espèces = 2 N espèces = 5 N espèces… LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

51 Exemples d’expérience sur des prairies
Minnesota Biodepth : Europe Californie LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

52 Synthèse des résultats
 Beaucoup d’effets significatifs de la biodiversité  La biodiversité explique un faible pourcentage de la variabilité de la production entre les communautés expérimentales Pourquoi?  Effets particulier de chaque espèce  Interaction non-prédictible entre espèces  Effet des groupes fonctionnels LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

53 Les groupes fonctionnels et la redondance
Groupe fonctionnel = groupe d’espèce ayant le même effet sur le fonctionnement de l’écosystème  Exemple de groupe fonctionnel Les légumineuses Les graminée Les conifères  A l’intérieur d’un groupe fonctionnel les espèces seraient équivalentes  Cela ne servirait à rien d’augmenter la diversité intra-groupe fonctionnel  Augmenter le nombre de groupes fonctionnels présent peut augmenter la productivité LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

54 Rôle primordial des Légumineuse
LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

55 Interaction avec la fertilité, la disponibilité de la ressource limitante
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56 Conclusion LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot

57  Manque d’étude sur les mécanismes
 Un sujet très à la mode parce qu’il justifie l’étude de la biodiversité  Un sujet très à la mode parce que la biodiversité diminue à cause de l’Homme  Manque d’étude sur les mécanismes  Manque d’étude sur ce qui se passe dans les communautés réelles (assemblage non aléatoire d’espèces, interaction compétitivité/productivité)  Manque d’étude sur le lien entre la biodiversité d’autre groupes fonctionnels sur d’autres fonctions LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot