Effets de l’environnement sur les organismes vivants S. Barot IRD, UMR 137 LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Qu’est ce que l’environnement? Plan  Qu’est ce que l’environnement?  Les différents effets de l’environnement  Notion de niche écologique  Adaptations à l’environnement  Notion de plasticité phénotypique  Conclusion LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Qu’est ce que l’environnement? LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Quels sont le paramètres de son environnement? LV 335, Effets de l’environnement , Barot

De nombreuses interactions LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Environnement biotique / abiotique  Environnement biotique: Toutes les espèces qui interagissent avec l’espèce étudiée Prédateur, proie, parasite  Environnement abiotique Paramètres physicochimiques Température, humidité, pH de l’eau, lumière…  Le cours est centré sur l’environnement abiotique!!! LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Ressources L’eau Le CO2, la lumière et les sels minéraux (plantes) Type de paramètres  Ressources L’eau Le CO2, la lumière et les sels minéraux (plantes)  Milieu de vie Température Humidité de l’air, Lumière, pH de l’eau, pH du sol, Salinité du sol ou de l’eau  Support physique Sol, rochers, sédiments d’un lac … LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Trois types de milieu avec des contraintes différentes LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Facteurs importants en milieu aquatique  Température  Lumière  Contenu en différents ions (salinité… )  Contenu en matière organique morte  Courants LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Facteurs importants en milieu terrestre aérien  Température  Lumière  Humidité de l’air  Vent LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Facteurs importants du milieu ‘‘sol’’  Température  Humidité  Contenu en ions  Contenu en matière organique morte  Texture et structure LV 335, Effets de l’environnement , Barot

L’environnement est variable dans le temps et l’espace Variabilité temporelle Cyclique Constant Envt Envt t t Catastrophe Aléatoire Envt Envt t t LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Paramètres de la variabilité temporelle Envt Envt Minimum Maximum Envt Envt Amplitude Variabilité totale Envt Envt LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Paramètres de la variabilité temporelle Moyenne Envt Envt Durée des évènements extrêmes Envt Envt  Description mathématique Moyenne, variance, maximum, minimum, auro-corrélation, période LV 335, Effets de l’environnement , Barot

L’environnement est variable dans le temps et l’espace Hétérogénéité spatiale Homogène / hétérogène Échelle de l’hétérogénéité LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Hétérogénéité spatiale Moyenne Maximum, minimum, amplitude 10 100 -10  Description mathématique Moyenne, variance, maximum, minimum, auro-corrélation spatiale, géostatistique LV 335, Effets de l’environnement , Barot

L’environnement est variable dans le temps et l’espace  Parallèle entre la variabilité et l’hétérogénéité Y Envt temps ou distance X  Même façon de les décrire mathématiquement  Conséquences de la variabilité et de l’hétérogénéité? LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Facteurs importants en milieu aquatique  Milieu assez homogène (brassage, diffusion)  Milieu assez constant (sauf la lumière)  Stratification verticale (lumière, température, sédimentation) LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Facteurs importants en milieu terrestre aérien  Variabilité temporelle très forte (lumière, température, humidité)  Hétérogénéité venant surtout du sol, de la topographie, et des autres organismes LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Facteurs importants du milieu ‘‘sol’’  Température assez stable. Sauf à l’échelle des saisons  Humidité très variable  Hétérogénéité très forte à toute les Échelles (eau, MO)  Stratification verticale (MO, humidité …) LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Les différents effets de l’environnement LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Différentes échelles d’organisation Différentes échelles temporelles  L’individu  La population  L’espèce Krigia dandelion LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Effet à l’échelle de l’individu  Augmente ou diminue la survie  Augmente ou diminue la croissance  Augmente ou diminue la fécondité  Augmente ou diminue la dispersion  Modifie le comportement (dispersion, foraging, comportements sociaux…) LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Effet à l’échelle de l’individu  Existence d’un optimum  Imbrication des conditions pour la Reproduction / croissance / survie LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Différents types de relation Plateau Optimum Performance Performance Paramètre de l’envt Paramètre de l’envt Poisons Performance Performance Paramètre de l’envt Paramètre de l’envt LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Effet à l’échelle de la population  Croissance ou décroissance d’une population  Extinction d’une population  Détermine les limites spatiales de la population LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Evolution darwinienne! Effet à l’échelle de l’espèce  Répartition géographique de l’espèce (biogéographie)  Répartition des individus à l’intérieur de l’aire géographique  Autres effets? Evolution darwinienne! LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Effets sur la croissance Avec ‘‘terra preta’’ Sans ‘‘terra preta’’  Principe de toutes les expériences agronomiques  Engrais, irrigation …. LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Cas d’une orchidée Carte géologique Répartition géographique LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Effet indirecte sur la disponibilité des ions Mécanisme  Craie : pH élevé  Toxicité directe  Effet indirecte sur la disponibilité des ions LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Exemple des vers de terre  Milieu plus ou moins riche en nourriture (MO)  Nourriture peu énergétique  Nécessité de maintenir son humidité Mouvements verticaux Diapause LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Exemple de la salinité de l’eau LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Variation de nombreux paramètres à la fois LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Causes de la répartition des espèces?  Survie non possible au-delà d’un certain seuil ‘‘espèce non adaptée’’  Croissance individuelle plus faible, croissance de la population plus faible + compétition avec espèces mieux adaptées Interactions entre relations biotiques et abiotiques LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Un effet physiologique universel  Loi du Q10  L’activité chimique et biologique augmente LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Autre flux? Homéotherme / poïkilotherme Échanges de chaleur  Autre flux? Homéotherme / poïkilotherme LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Échanges de chaleur + Formes de résistance LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Notion de niche écologique LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 C’est un hypervolume à N dimensions Définition  Ensemble des conditions permettant à un organisme de croître, survivre et se reproduire  C’est un hypervolume à N dimensions Humidité Température Température Etc …. LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Niche potentielle / niche réalisée  Niche potentielle : si l’espèce est seule  Niche réasliée : espèce en compétition Niche potentielle Température Compétiteurs Niche réalisée Température LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Conséquences de la notion de niche  Coexistence d’espèces ayant des niches différentes Température  L’évolution devrait ‘‘pousser’’ les espèces à avoir des niches différentes Température LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Beaucoup de possibilités de coexistence LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Adaptation à l’environnement LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Mutations/recombinaison Variabilité phénotypique Environnement Sélection Interactions écologiques Changement dans les fréquences alléliques Evolution directionnelle Spéciation

 Quel est le trait qui a évolué? Cas du phalène du bouleau Populations modernes en Angleterre sombre Populations ancestrales claires  Quel est le trait qui a évolué?  Quelle est la variable environnementale qui a changé?  Quelle est la pression de sélection? Couleur des ailes Couleur des troncs de bouleau Prédation par les oiseaux Adaptation = mimétisme LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Interactions entre relations biotiques et abiotiques Encore une fois, Interactions entre relations biotiques et abiotiques LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Moyens pour acquérir une ressource limitante Différentes stratégies  Moyens pour acquérir une ressource limitante LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Moyens pour acquérir une ressource limitante Densité racinaire (kg /m3) Profondeur (cm) Sous bosquet (sans Rônier) Hors bosquet LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Stratégies pour maintenir l’homéostasie  Conservation  Diapause, hibernation  Réserve  Formes de résistance  Élimination LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Déplacement  Et les plantes? Migrations Déplacements à plus petite échelle  Et les plantes? LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 Dispersion dans le temps ou l’espace Y Envt temps ou distance X  Dispersion dans le temps ou l’espace  Est-ce aussi facile de disperser dans le temps et l’espace? Dispersion entre les générations Longévité Forme de résistance LV 335, Effets de l’environnement , Barot

La plasticité phénotypique LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Définition de la notion de plasticité Génotype 2 Environnement Génotype Génotype 1 Phénotype Phénotype Environnement  Effet de l’environnement sur le phénotype LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Différents types de plasticité  Plasticité ‘‘passive’’ / ‘‘active’’ Ex : croissance / comportement  Plasticité ‘‘réversible’’ / ‘‘irréversible’’ Ex : comportement / germination LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Signification évolutive  L’environnement n’est pas constant Au cours de la vie d’un organisme Entre les générations … mais plus vite que l’évolution darwinienne (changements génétiques)  Avantageux d’avoir un génome permettant une réponse du phénotype à l’environnement Génotype 2 Génotype 1 Phénotype Environnement LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Exemples  Maturation sexuelle chez un palmier amazonien  Mimétisme

Limites de la plasticité  Contraintes dues au développement  Coût de la plasticité Système de perception Coût de la modification  Environnement difficile à prédire dans le temps et l’espace LV 335, Effets de l’environnement , Barot

Conclusion LV 335, Effets de l’environnement , Barot

 L’environnement comme pression de Sélection et moteur de l’évolution  Phénomène universel  L’environnement comme pression de Sélection et moteur de l’évolution  Interactions entre milieu abiotique (physico- chimique) et biotique (les autres organismes, prédation, compétition) LV 335, Effets de l’environnement , Barot