Effets de l’environnement sur les organismes vivants

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

2  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

3 Qu’est ce que l’environnement?
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4 Quels sont le paramètres de son environnement?
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5 De nombreuses interactions
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6 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

7  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

8 Trois types de milieu avec des contraintes différentes
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9 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

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

11 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

12 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

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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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

29 Cas d’une orchidée Carte géologique Répartition géographique
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30  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

31 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

32 Exemple de la salinité de l’eau
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33 Variation de nombreux paramètres à la fois
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34 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

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

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

37 Échanges de chaleur + Formes de résistance
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38 Notion de niche écologique
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39  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

40 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

41 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

42 Beaucoup de possibilités de coexistence
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43 Adaptation à l’environnement
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44 Mutations/recombinaison
Variabilité phénotypique Environnement Sélection Interactions écologiques Changement dans les fréquences alléliques Evolution directionnelle Spéciation

45  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

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

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

48  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

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

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

51  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

52 La plasticité phénotypique
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53 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

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

55 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

56 Exemples  Maturation sexuelle chez un palmier amazonien  Mimétisme

57 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

58 Conclusion LV 335, Effets de l’environnement , Barot

59  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