Adaptations des animaux à l’environnement (Chapitre 7 de Smith & Smith 2006)

Source d’énergie Pour les plantes: photosynthèse Pour les animaux: grande diversité de sources de nourriture Diversité d’adaptation

Quelques processus clés Acquisition de la nourriture Digestion Respiration Gestion de la température corporelle Balance en eau Adaptations aux variations systématiques de lumière et température Jour Saison

Acquisition des nutriments Source ultime: les plantes Composition chimique des animaux: En quoi et pourquoi la composition chimique des animaux diffère-t-elle de celle des plantes? Exemple: comparez un arbre à un lion…

Acquisition des nutriments Animaux: haut contenu en graisses et protéines Plantes: bas en protéines et haut en carbohydrates (cellulose et lignine) Azote: important constituant des protéines Plantes: C/N = 40/1 Mammifères: 14/1 Stochiométrie chimique Isotopes stables de C et de N

Diversité de sources d’énergie Sous la forme de tissus animal et végétal Diversité d’adaptations Physiologiques Morphologiques Comportementales

Quelle adaptation buccale correspond à quel animal? Moustique Sauterelle Cardinal Flamand Faucon Chevreuil Coyote Pour mâcher (des plantes) Pour percer Pour filtrer Pour manger des graines Pour déchirer (de la viande) Parties buccales de différents organismes

http://flamingolovers.com/blog/pink-flamingo-eating-video/

Classification Selon le mode d’acquisition d’énergie Herbivores Carnivores Omnivores Détritivores

Herbivores Consommateurs primaires Production secondaire Classification selon le type de matériel végétal ingéré Feuilles: brouteurs Débris végétaux: collecteurs Graines: granivores Fruits: frugivores Nectar Sève Fèces riches en végétaux: Double passage dans tractus des lapins (coprophagie) Similitude avec les ruminants … Coprophagie des lapins et lièvres Quantité de fèces recyclés: 50-80% Activité bactérienne rehausse le niveau de protéines

Les brouteurs Une diète riche en cellulose est problématique: Diète riche en carbone et basse en protéines Cellulose: source de carbohydrates, mais non digestible

La cellulose Afin de digérer la cellulose Utilisation de bactéries et protozoaires vivant dans le tube digestif Digestion de la cellulose et synthèse d’acides gras, acides aminés, protéines et vitamines Exemple de la digestion de la cellulose par les ruminants

Les ruminants Spécialisés dans la digestion de la cellulose Estomac en 4 sections: Rumen Reticulum Omasum Abomassum Système digestif des ruminants

Les ruminants Rumen et reticulum Bactéries et protozoaires anaérobiques Chambre de fermentation Dégradation de la cellulose en nutriments Formation d’une pulpe qui est régurgitée, remâchée puis ingérée à nouveau

Les ruminants À chaque cycle, les particules fines vont vers le reticulum, puis l’omasum où elles sont digérées davantage. Finalement elles pénètrent dans l’abomassum

Les ruminants La fermentation dans le rumen produit du méthane Quel impact planétaire résulte de ce processus?

Les ruminants La fermentation dans le rumen produit du méthane Quel impact planétaire résulte de ce processus? Le méthane est un gaz à effet de serre Sa concentration a doublé en 200 ans, en partie à cause des ruminants

Budget de CH4 Taux, Tg CH4 yr-1 Meilleur estimé et incertitude SOURCES, naturelles 160 (75-290) Zones humides 115 (55-150) Termites 20 (10-50) Autres 25 (10-90) SOURCES, anthropiques 375 (210-550) Gas naturel 40 (25-50) Élevage (ruminants) 85 (65-100) Rizières 60 (20-100) 190 (100-300) PUITS 515 (430-600) Oxydation troposphérique 445 (360-530) Stratosphère 40 (30-50) Sol 30 (15-45) ACCUMULATION IN ATMOSPHERE 37 (35-40)

Carnivores Les carnivores en haut du réseau trophique se retrouvent en moins grand nombre que ceux du bas: Moins d’énergie de disponibles Perte lors du transfert entre chaque niveau Ils ne sont pas confrontés au problème de la digestion de la cellulose La composition chimique de la proie (animale) est similaire à la leur Principal défi: obtenir assez de nourriture

Pyramide de biomasse La biomasse diminue en fonction que l’on augmente de niveau trophique

Carnivores Intestins courts et estomacs simple Pas de cellulose… Changements de diète en fonction de la disponibilité et du stade de vie Exemple: Poissons planctivores, puis piscivores.

Omnivores Ils se nourrissent de plantes et d’animaux Composition de la diète varie avec: La saison L’étape du cycle de vie de l’organisme Sa taille et sa croissance Exemple: Le renard: Baies, pommes, cerises, herbes, sauterelles, coléoptères, rongeurs L’ours noir Feuilles, bourgeons, noix, baies, écorces, abeilles, coléoptères, fourmis, poissons, petits mammifères

Plus de fruits et d’insectes l’été que l’hiver Plus de rongeurs et lapins l’hiver Distribution saisonnière de la diète du renard, un omnivore

The Nature of Things -The Salmon Forest Broadcast Date: Sep 12, 2001 HIDDEN LINK BETWEEN FISH AND FOREST REVEALED ON CBC-TV'S THE NATURE OF THINGS, Wednesday, SEPTEMBER 12, at 9pm. THE NATURE OF THINGS with David Suzuki unveils astonishing scientific discoveries of how salmon feed the trees of the West Coast rainforests, Wednesday, Sept. 12, at 9 p.m. on CBC-TV. Viewers will discover the incredible beauty and diversity of microscopic life in the forest canopy. The biodiversity here is rivalled only by that found in tropical rainforests.

Les transferts du mercure des carcasses de poisson vers les organismes aquatiques et terrestres.

L’ours omnivore modifie la dynamique de mercure à l’échelle de l’écosystème, selon ses choix alimentaires

Besoins nutritifs des animaux Minéraux et 20 acides aminés 14 acides aminés essentielles dans la diète, car non synthétisés par le corps Qualité de la nourriture végétale Dépend de la proportion d’azote (sous la forme de protéines) Avec la hausse du contenu en azote: Hausse de la croissance, du succès reproducteur, de la survie

Contenu en azote des plantes Varie selon la partie et l’âge de la plante L’azote est concentrée dans Les parties en croissance Le contenu en azote baisse lors de la sénescence Les animaux sont adaptés afin de tirer partie de la saison où il y a plus de tissus en croissance Production de petits au printemps (Disponibilité) À une saison donnée, les animaux utilisent de façon préférentielle les plantes à haut contenu en azote (Préférence) Les insectes herbivores sont plus abondants au début de la saison de croissance, et souvent complètent leur croissance avant la maturation des feuilles. Ruminants moins soumis à cette contrainte, car les bactéries du rumen peuvent synthétiser plusieurs acides aminés Carnivores: quantité est plus important que qualité… Pas sûr

Exemples Les insectes herbivores sont plus abondants au début de la saison de croissance, et souvent complètent leur croissance avant la maturation des feuilles. Les castors préfèrent les arbres riches en azote. Ruminants sont moins soumis à cette contrainte, car les bactéries du rumen peuvent synthétiser plusieurs acides aminés

Disponibilité des minéraux Influence l’abondance et le succès de certains animaux En particulier, le sodium, magnésium et calcium Déficience chez certains herbivores, lorsque les sols sont pauvres en sodium Kangourou, éléphants, rongeurs, cerfs, orignaux Effet sur leur distribution dans les zones de déficience

Flaque riche en minéraux http://www.expertvillage.com/video/2423_advanced-deer-hunting-mineral-lick.htm Figure 7.4

Exemple du cerf Quelle ligne représente un territoire riche en minéraux? Différence de succès reproductif de populations de cerfs vivant sur des territoires riches en minéraux vs pauvres en minéraux (État de New York)

Exemple du cerf La quantité ingérée est plus grande lorsque la qualité de la nourriture est moindre Le succès de reproduction est plus faible Différence de succès reproductif de populations de cerfs vivant sur des territoires riches en minéraux vs pauvres en minéraux (État de New York)

Relation entre relations trophiques et fonctionnement des écosystèmes Exemple 1: Longueur des chaînes trophiques de lacs Exemple 2: Le concept « River Continuum »

Exemple 1 :Longueur des chaînes trophiques Influence la structure et le fonctionnement de la communauté Influence la concentrations de contaminants dans les prédateurs (dont on se nourrit): Cabana & Rasmussen. 1994. Nature. 372: 255-257.

Longueur des chaînes trophiques Qu ’est-ce qui détermine la longueur de la chaîne trophique d ’un écosystème? 3 hypothèses en vogue: Seule la productivité compte Seule la taille de l ’écosystème compte Hausse de la diversité des espèces, de la disponibilité et de l ’hétérogénéité des habitats. Une combinaison de ces deux hypothèses

Post, D.M. et al. 2000. Nature 405: 1047-1049

Longueur des chaînes trophiques Difficile à tester: Difficile de mesurer la longueur de la chaîne Comment évaluer la position trophique à l ’aide d ’une variable continue??

Isotopes stables Prédateurs enrichis en 15N par 3.4%O Le littoral enrichi en 13C par 6.5 %O Position trophique Différence temporelle selon la zone: littorale - pélagique Intégrateurs servant de base de calcul: Producteurs primaires trop variables temporellement Littoral: Gastéropodes brouteurs de périphyton Pélagique: Moules filtrant le seston Calcul de la position trophique: + [(15Npoissons - 15Nbase de la chaîne trophique ) / 3.4] =2 pour consommateurs primaires 15Nbase = [(15Nmoule x ] + [15Ngastéropodes x (1-) ]  : proportion chez un poisson de carbone dérivé de la base du réseau pélagique (déterminé avec le 13C ) Maximum trophic position: espèce ayant la position moyenne la plus élevé

Quelle hypothèse est validée?

Exemple 2: River Continuum Concept

L’oxygène

Besoins en oxygène Différents mécanismes d’acquisition selon la disponibilité de l’oxygène Air Différentes formes de poumons Surface du corps Eau L’oxygène est souvent limitant Différentes formes de branchies

Les oiseaux L’échange de gaz se fait en deux cycles Cycle 1: Cycle 2: Inhalation: l’air va dans le sac postérieur Exhalation: l’air du sac postérieur passe dans les poumons Cycle 2: Inhalation: l’air du poumon va dans le sac antérieur Exhalation: l’air du sac antérieur quitte l’oiseau Utilisation du système circulatoire sanguin pour mener l’oxygène aux cellules

Oiseaux Sauterelle Poissons Petits insectes: peuvent se permettre de compter sur la diffusion Oiseaux: air continue à traverser le poumon durant l’inhalation et l’exalation Poissons

Plusieurs insectes Spiracles débouchant sur des tubes menant à l’intérieur de l’animal L’oxygène est directement emmené vers les cellules du corps

Les poissons L’eau circule sur les lamelles branchiales en direction inverse de la circulation sanguine Gradient de diffusion favorable à l’assimilation d’oxygène sur toute la longueur de la lamelle

L’homéostasie

L’homéostasie Les cellules, organes et systèmes enzymatiques d’un animal ne sont fonctionnels que dans une gamme étroite de conditions environnementales Besoin de réguler l’environnement interne en fonction des fluctuations des conditions externes: Température Eau pH Sels Le maintien de conditions internes relativement constantes: homéostasie

L’homéostasie Dépend de la présence de boucles de rétroaction négative Si la température du corps augmente, l’organisme tente de le refroidir L’homéostasie est contrôlée par: La physiologie Le comportement

Exemple: la thermorégulation Hausse de la température corporelle Détection par le cerveau Induction d’une réponse physiologique Sueurs Hausse de la circulation sanguine dans les tissus superficiels Induction d’une réponse comportementale Recherche d’ombre Baisse de l’activité Boucle de rétroaction vers le cerveau (hypothalamus) afin d’ajuster la réponse en fonction de la baisse de température

Figure 7.6