Chapitre 1 – Les écosystèmes Écologie Chapitre 1 – Les écosystèmes

Pensons-y... Combien de différentes catégories d’organismes pouvez-vous nommer? Qu’est-ce qu’ils ont tous en commun?

Quelques points de départ... Dans ce chapitre nous allons examiner les interactions entre les organismes vivants. Voici quelques définitions essentielles: Espèce : un groupe d’organismes qui peuvent se reproduire ensemble et produire une descendance fertile. Les membres d’une même espèce ont un pool génétique commun. Habitat : l’environnement dans lequel une espèce habite normalement ou l’endroit où se trouve un organisme vivant. Écologie : L’étude des interactions entre les organismes vivants et entre les organismes et leur environnement.

Les niveaux d’organisation Population : un groupe d’organismes de la même espèce qui habitent un même lieu au même temps. Communauté : un groupe de populations vivant et interagissant avec l’un l’autre dans un lieu donné. Écosystème : une communauté et son environnement abiotique. Ce concept est plus large que l’habitat : l’habitat est où une seule espèce vit, alors que l’écosystème est là où vit un groupe de populations.

+ l’environnement abiotique Individu Population Communauté Écosystème + d’autres individus + d’autre populations + l’environnement abiotique

Selon vous, quels sont-ils? Biotique vs. abiotique L’environnement fait référence à tout ce qui entoure un organisme. Il peut être divisé en quatre éléments majeurs : Selon vous, quels sont-ils?

L’hydrosphère (l’eau) L’atmosphère (l’air) Lithosphère (surface terrestre) La biosphère (tous les organismes vivants) L’environnement est composé de deux types de facteurs : Abiotiques : les composantes non-vivantes qui influencent la taille des populations et leurs interactions entre elles. Pouvez-vous nommer des exemples? Biotiques : les composantes vivantes. Pouvez-vous nommer des exemples?

Les types de consommateurs Les chaînes alimentaires sont crées par les interactions entre les différents “niveaux” d’organismes dans un écosystème. Les plantes sont des producteurs parce qu’ils convertissent l’énergie solaire en énergie chimique pour les écosystèmes (et pour être utilisés par d’autres organismes). Les animaux qui consomment des plantes (herbivores) sont appelés consommateurs primaires. Pouvez-vous en nommer? Les animaux qui consomment des herbivores (carnivores) sont appelés consommateurs secondaires. Pouvez-vous en nommer?

Consommateur tertiaires Le quatrième niveau trophique Carnivores de dernier ordre

Décomposeurs/Détritivores/Nécrophages: Si l’énergie solaire fournit la “nourriture” pour les plantes et qu’elle est transmise aux herbivores et aux carnivores… qu’est-ce qui lui arrive après? Décomposeurs/Détritivores/Nécrophages: Famille d’organismes qui se nourrissent de matières végétales ou animaux morts. Ex: Bactéries, vers de terre, etc. Il y a donc un recyclage de l’énergie dans un écosystème.

Plante (producteur) Herbivore (consommateur primaire) Carnivore (consommateur secondaire) Herbivore (consommateur primaire) Plante (producteur) Cette pyramide représente le mouvement “ascendant” de l’énergie dans l’écosystème. Pourquoi pensez-vous qu’on représente ceci à l’aide d’une pyramide?

Les chaînes alimentaires Les chaînes alimentaires sont linéaires et représentent mal le mouvement de l’énergie dans les écosystèmes. Herbe Souris Couleuvre Faucon Bactéries

Réseau alimentaire Représentation non-linéaire des interactions alimentaires dans un écosystème. Fruit Sauterelle Grenouille Couleuvre Souris Les réseaux alimentaires sont beaucoup plus stables que les chaînes. Loup Chevreuil Herbe

Transfert de l’énergie L’énergie solaire est absorbée par les plantes vertes dans une réaction appelée photosynthèse. L’énergie solaire sera convertie en sucre (glucose) que la plante va entreposer. Par la suite le consommateur primaire qui se nourrit de la plante va absorber le glucose.

Efficacité La quantité d’énergie (chaleur) se mesure en kilojoules. Soit la chaîne alimentaire suivante: Soleil Herbe Souris Couleuvre Si le soleil fournit 1000 kJ, quelle quantité d’énergie se rendra à la couleuvre? L’énergie disponible pour un niveau trophique supérieur est de 10%!

Transfert d’énergie dans un écosystème Énergie perdue sous forme de chaleur et déchets Energie solaire CONSOMMATEUR PRIMAIRE CONSOMMATEUR SECONDAIRE PRODUCTEUR

Seulement une petite portion de l’énergie obtenue par le poulet lorsqu’il mange du grain parvient jusqu’à notre assiette (10%).

Transfert d’énergie dans un écosystème La première source d’énergie est le soleil. Les producteurs (végétaux) tirent leur énergie du soleil par le processus de photosynthèse. Seul une faible partie de l’énergie du soleil est captée par le végétal et est utilisée pour se nourrir. Il y a un transfert d’énergie de deuxième niveau lorsqu’un herbivore mange un végétal et un transfert de troisième niveau lorsqu’un carnivore mange un herbivore. Un transfert d’énergie se produit lorsque l’énergie passe d’un niveau à un autre. Toutefois, plus on monte, moins il y a d’énergie disponible.

Pensons-y… Construisez une chaîne alimentaire en incluant autant de niveaux que possible. Supposez que des éruptions volcaniques envoient des tonnes de particules dans l’atmosphère. Ces particules créent des nuages de poussière qui diminuent la quantité de lumière solaire pendant un an. Expliquez ce qui pourrait arriver à divers organismes dans un écosystème suite à un tel événement.

Les pyramides Les pyramides sont un moyen de représenter ce transfert inégal d’énergie d’un niveau trophique à l’autre dans une chaîne alimentaire. On distingue trois types de pyramide : Pyramide des nombres Pyramide de biomasse Pyramide de l’énergie

La pyramide des nombres Dans ce type de pyramide, on retrouve la quantité d’organismes présents dans un écosystème. Exemple : 125 feuilles 25 sauterelles 10 rats 1 hibou Inconvénient : la pyramide des nombres peut être inversée! Exemple : 1 arbre, 450 insectes, 15 oiseaux

Cette pyramide des nombres représente le réseau alimentaire d’une prairie.

La pyramide de biomasse Biomasse : Masse d’un organisme auquel on a retiré l’eau en kg. Dans ce type de pyramide, on représente la biomasse de chaque niveau trophique. Exemple : 12 arbres de 50 kg 3000 insectes de 0,001 kg 50 oiseaux de 0,4 kg 3 hiboux de 2,5 kg Cette pyramide peut aussi être inversée.

La pyramide de l’énergie Pyramide qui représente la quantité d’énergie disponible à chaque niveau trophique. C’est la pyramide la plus représentative. Si un groupe d’arbres peut capter 350 000 kJ, construis la pyramide d’énergie incluant des insectes, des oiseaux et des hiboux. Est-ce que cette pyramide peut être inversée?

La perte d’énergie Comme nous avons vu, environ 10% de l’énergie contenue dans un niveau trophique est transmise au prochain niveau. Voici une liste plus complète des raisons pourquoi : Une grande partie de l’énergie est utilisée pour la respiration cellulaire (le processus dans l’animal qui décompose le sucre pour en extraire l’énergie). La perte de chaleur arrive aussi pendant ce processus. Des parties de l’organisme peuvent ne pas être mangées, ou bien régurgitée (exemple : les hibous vomissent les os). Des organismes ne sont pas mangés – leur énergie n’est pas transférée.

Les détritivores Les détritivores sont les organismes qui se nourrissent de matière animale ou végétale morte et/ou d’excréments d’animaux (vers, insectes, etc.) Les saprotrophes (décomposeurs) sont une catégorie de détritivores. Ce sont des organismes qui vivent dans ou sur la matière organique morte (champignons, bactéries, etc.) et la digèrent en sécrétant des enzymes digestives dessus et en absorbant les molécules. Tous les décomposeurs sont des détritivores, mais pas tous les détritivores sont des décomposeurs.

En résumé... Le premier niveau trophique est constitué de plantes. Les plantes sont des producteurs, aussi appelés autotrophes. Ceux-ci prennent de l’énergie solaire et de la matière inorganique et créent de la matière organique (sucre) par la photosynthèse. Les autres niveaux trophiques sont constitués d’herbivores et de carnivores, aussi appelés hétérotrophes. Ceux-ci ne peuvent pas créer leur propre nourriture alors ils doivent consommer des autotrophes ou d’autres hétérotrophes pour se nourrir.

Réseau alimentaire Essayez de construire un réseau alimentaire en suivant les indices ci-dessous. Les algues sont consommées par la larve de la mouche de mai. Les débris de feuilles sont consommés par les larves du trichoptère (mouche) et de la mouche noire. Les larves de la mouche noire, de la mouche de mai et du trichoptère sont consommées par les truites juvéniles. La truite juvénile est consommée par le martin-pêcheur. La larve de la mouche de mai est aussi consommée par le chabot (poisson) et la larve d’éphéméroptères (mouches); toutes celles-ci sont consommées par les truites adultes.

Les populations Une population est l’ensemble des individus d’une espèce qui occupent une certaine région géographique pendant un certain temps. Exemple : tous les orignaux qui habitent sur l’Île du Cap-Breton. La taille de la population de chaque espèce est continuellement ajustée par les interactions de cette espèce avec sa source de nourriture et avec les organismes qui les consomment.

La taille des populations est influencée par quatre facteurs majeurs : Le taux de natalité : le nombre de nouveaux membres d’une espèce nés à cause de la reproduction. Le taux de mortalité : le nombre d’organismes d’une espèce qui meurent. Note : Ces deux facteurs sont co-dépendants. L’immigration : l’arrivée de membres de l’espèce d’autres lieux. L’émigration : le départ de membres de l’espèce vers d’autres lieux.

Courbe normale de croissance d’une population Lorsqu’un écosystème commence à se former, il y a beaucoup de ressources et d’espace. Les organismes vont se reproduire très rapidement et leurs nombres vont augmenter vite. Avec le temps, la croissance de la population va se stabiliser. En général, quand on fait le graphique des nombres en fonction du temps, cela donne une courbe normale qui ressemble à ...

Les trois phases Cette courbe peut être divisée en trois phases : La phase de croissance exponentielle, où le nombre d’organismes augmente de plus en plus vite. La phase de transition, où le taux de croissance de la population diminue drastiquement; elle augmente encore mais moins vite. La phase plateau, où la taille de la population s’est stabilisée; il n’y a plus de croissance.

1) La phase de croissance exponentielle La croissance de la taille de la population est rapide pendant cette phase parce qu’il y a : une abondance de ressources (nourriture, espace, lumière) peu de compétition avec d’autres espèces des facteurs abiotiques favorables (température, sol) peu de prédation et de maladie Une population de bactéries peut se doubler dans quelques heures seulement. (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, etc.)

2) La phase de transition La croissance de la taille de la population ralentit pendant cette phase parce qu’il y a : plus de compétition à cause du plus grand nombre d’individus des prédateurs (attirés par la nouvelle abondance de nourriture) plus de chances pour des maladies (plus d’individus qui vivent de plus en plus près l’un de l’autre)

3) La phase plateau La croissance de la taille de la population se stabilise parce que : l’espace disponible est maintenant occupée la compétition est forte entre les herbivores, et comme résultat, ils ont moins de bébés la prédation et les maladies causent un taux de mortalité qui est environ égal au taux de natalité Dans cette phase : naissance + immigration = mort + émigration

La capacité biotique (K) La phase plateau, où la taille de la population se stabilise, indique que l’habitat a atteint sa capacité biotique. Ceci veut dire le maximum d’individus qu’un habitat en particulier peut supporter. Voici des facteurs qui limitent la capacité biotique : La disponibilité des ressources telles que l’eau, la nourriture, la lumière solaire, l’abri, l’espace, l’oxygène L’accumulation des déchets / excréments et de dioxide de carbone La prédation La maladie

La compétition : entre deux individus de la même espèce lorsqu’ils doivent partager les ressources. Il y a deux sortes de compétition : Intraspécifique : entre les membres de la même espèce Interspécifique : entre les membres de deux espèces qui ont la même source de nourriture.

La densité : le nombre d’individus par unité de surface La densité : le nombre d’individus par unité de surface. Deux sortes de facteurs influencent la densité : Les facteurs dépendants de la densité sont ceux qui sont causés par la densité. Ici c’est la densité qui amène des conditions qui influencent la densité et fait descendre les nombres d’organismes. Exemple : surpeuplement = stress = vulnérabilité aux maladies et aux parasites, agression et négligence des petits. Les facteurs indépendants de la densité sont ceux qui influencent la densité sans y être reliée. Le nombre d’organismes ne change rien. Exemple : un feu de forêt tue tous les serpents. Un différent nombre de serpents n’aurait rien changé.

Questions Lire 18-24 P24 # 1,2,3,4,5,6

Les humains Qu’est-ce que tout cela veut dire pour nous? Il est important pour nous de savoir quels écosystèmes sont les plus efficaces afin de bien planifier nos ressources alimentaires. L’écosystème le plus productif (qui produit le plus de nouvelles plantes en biomasse par année par unité de surface) est la forêt tropicale humide. L’écosystème le moins productif est le désert. Environ au milieu se situe la terre agricole.

... Nous ne pouvons pas utiliser n’importe quel sol pour faire pousser nos champs de légumes et de céréales : par exemple, la préparation de sols en forêt tropicale humide détruirait l’écosystème et il ne serait plus autant productif. Note : la croissance des plantes ne dépend pas seulement de la lumière solaire; les plantes ont aussi besoin d’eau, de gaz carbonique (CO2) et de nutriments tels l’azote et le phosphore.

Notre nourriture et la compétition Les humains cultivent des plantes en énormes quantités en faisant de la monoculture : cultiver une seule sorte de plante à la fois. Certains insectes sont spécialisés pour se nourrir d’une seule sorte de plante : ils deviennent des pestes pour nous. En nature ceci n’arrive pas puisque les plantes poussent en petites zones, ce qui empêche les “boom” d’insectes.

Les pesticides Les pesticides sont des produits chimiques toxiques que les fermiers utilisent pour arroser leurs champs pour empêcher leur endommagement par les insectes. Ils sont conçus pour tuer les insectes sans nuire aux plantes ni aux autres animaux. Toutefois, les pesticides sont dangereux dans les chaînes alimentaires puisqu’ils sont ingérés par des animaux qui se nourrissent des plantes arrosées et ensuite transmis de niveau trophique en niveau trophique.

La bioamplification La bioamplification est présente lorsqu’une substance chimique telle les pesticides entre dans une chaîne alimentaire et augmente en concentration en “montant” les niveaux trophiques. Ces substances toxiques sont intégrées dans les tissus de l’animal; elles ne peuvent pas être éliminées. Leur effet est minimal dans les niveaux trophiques peu élevés, mais elles causent des problèmes plus tard.

Activité Lire page 30 et 31 Pg 32 faire questions, 1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11

Révision du chapitre 1 Organisme Espèce Écosystème Producteurs Cons. primaires Cons. secondaires Herbivores Carnivores Pyramide des nombres Pyramide de biomasse Pyramide de l’énergie Chaîne alimentaire Réseau alimentaire Niveaux trophiques Transfert d’énergie Capacité biotique Compétition intraspécifique Compétition interspécifique Populations Facteurs dépendants et indépendants de la densité Productivité Bioamplification