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Rôles fonctionnels de la biodiversité Plan Introduction Effets trophiques La biodiversité Rôles fonctionnels de la biodiversité LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Introduction LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Les fonctions de l’écosystème Production primaire Consommation Contrôle des flux de nutriments Décomposition LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
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
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
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
Effets trophiques LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Une très grande complexité Structure du réseau Stabilité Effet de la perte d’une espèce Plein de théories! LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
Effets de herbivores sur les plantes Herbivorie à toutes les échelles LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Effets de herbivores sur la biomasse Diminution de la biomasse LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Effets de herbivores sur la démographie Diminution du nombre d’individus Exclusion totale LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
Facteurs limitant l’impact de l’herbivorie? Défenses contre les herbivores Épines Molécules de défense Lignine Terpène Phénols LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
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
La biodiversité LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
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 5 000 500 000 Bactéries 4 000 3 000 000 400 000 Champignons 70 000 1 500 000 1 000 000 Protozoaires 40 000 100 000 200 000 Végétaux 250 000 300 000 Vertébrés 45 000 50 000 Nématodes 15 000 Mollusques 180 000 Crustacés 150 000 Arachnides 75 000 750 000 Insectes 950 000 100 000 000 8 000 000 1 600 000 110 000 000 11 000 000 LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
Pourquoi la biodiversité est-elle menacée? Pertes d’habitat LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
Exemple de la pêche LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
3 écosystèmes menacés Récifs coralliens Mangroves Forêts équatoriales LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
3 écosystèmes menacés LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot Mangroves Récifs coralliens Forêts équatoriales LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
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
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
Exemple de la ‘‘grenouille buffle’’ Des introductions volontaires LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
Une espèce disparue a disparu pour toujours Principe de précaution? Une espèce disparue a disparu pour toujours LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
Rôles fonctionnels de la biodiversité LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Des réseaux trophiques plus stables? Résistance aux invasions? Effet positif sur la fonctionnement des écosystèmes? LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Diversité horizontale et verticale Duffy et al. 2007 Ecol. Lett. LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
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
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
Exemple d’une prairie tempérée Zavaleta 2004 Science LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
? 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
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
Utilisation complémentaire de la ressource Biodiversité horizontale et fonctionnement Mécanismes de la complémentarité Utilisation complémentaire de la ressource LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
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
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
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
Biodiversité horizontale et fonctionnement LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
Exemples d’expérience sur des prairies Minnesota Biodepth : Europe Californie LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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
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
Rôle primordial des Légumineuse LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Interaction avec la fertilité, la disponibilité de la ressource limitante LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
Conclusion LV 335, Communauté-fonctionnement, Barot
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