Diversité des Interactions - Cours 7 - PDF

François Lallier biodiversité & écologie Adaptation et Diversité en Milieu Marin Bloc 2 Organismes Cour...

François Lallier biodiversité & écologie Adaptation et Diversité en Milieu Marin Bloc 2 Organismes Cours 7 Diversité des Interactions une sorte d'introduction à l’écologie 1 Un organisme, ou individu, ne vit JAMAIS SEUL dans la nature. Il interagit avec son environnement physico-chimique (abiotique) et biologique (biotique). En écologie, une interaction biologique est l'effet qu'ont l'un sur l'autre deux organismes (ou +) vivant ensemble dans un écosystème. Ils peuvent être soit de la même espèce (interactions intraspécifiques), soit d'espèces différentes (interactions interspécifiques). Ces interactions peuvent être à court terme, comme la prédation, ou à long terme (interactions durables), comme les multiples formes de symbiose. Dans tous les cas, l’établissement et le maintien de ces interactions fait intervenir une forme de communication Ces interactions, véritable trame du fonctionnement des écosystèmes (écologie), influencent souvent fortement l'évolution voire la disponible en ligne à la BSU co-évolution des espèces concernées. 2  notion clé Un système est défini comme un ensemble de composantes en interaction. Un système simple obéit à des règles et peut faire l’objet de prédiction par exemple une série de réactions (bio)chimiques  notion clé Un système est défini comme un ensemble de composantes en interaction. Un système simple obéit à des règles et peut faire l’objet de prédiction par exemple une série de réactions (bio)chimiques Un système complexe est un ensemble constitué d'un grand nombre de composantes, non indépendantes et donc en interaction, dont l'intégration permet d’achever une fonction commune. Il peut posséder des propriétés émergentes* et peut faire l’objet de prévision mais pas de prédiction 5 6 Acetyl-CoA substrat / produit cofacteur / régulateur enzyme 7 notion clé + pour approfondir  Ecologie & niveaux d’organisation biologique notion Biosphère / Ecosphère Même depuis l'espace, nous pouvons voir des signes de la vie sur Terre - la mosaïque verte des forêts, par clé exemple. Nous pouvons également voir l'ensemble de la biosphère, qui comprend toute la vie sur Terre et tous les lieux où elle existe : la plupart des régions terrestres, la plupart des masses d'eau, l'atmosphère jusqu'à une altitude de plusieurs kilomètres, et même les sédiments situés loin sous le plancher océanique. Ecosystèmes Notre premier changement d'échelle nous amène à une prairie de montagne nord-américaine, qui est un exemple d'écosystème, tout comme les forêts tropicales, les prairies, les déserts et les F Master BEE/EE récifs coralliens. Un écosystème est constitué de tous les êtres vivants d'une zone donnée, ainsi que de tous les éléments non Ecologie vivants de l'environnement avec lesquels la vie interagit, comme évolutive et le sol, l'eau, les gaz atmosphériques et la lumière. fonctionnelle INTERACTIONS BIOLOGIQUES Communautés = biocœnoses SPECIFIQUES L'ensemble des organismes qui peuplent un écosystème particulier s'appelle une communauté biologique. La INTER- communauté de notre écosystème de prairie comprend ET de nombreuses sortes de plantes, divers animaux, des Master BEE/EP et champignons, ainsi qu'un nombre énorme de micro- Ecophysiologie organismes divers, comme les bactéries, qui sont trop petits pour être vus sans microscope. Chacune de ces écotoxicologie formes de vie appartient à une espèce - un groupe dont les membres se reproduisent canoniquement avec d'autres membres du même groupe. Organismes SPECIFIQUES Les êtres vivants individuels Une population est constituée de tous les sont appelés organismes. INTRA- individus d'une même espèce vivant dans les Chaque plante de la prairie limites d'une zone déterminée. Par exemple, est un organisme, de même notre prairie comprend une population de que chaque animal, lupins (représentés ici) et une population de champignon et bactérie. cerfs mulets. Une communauté est donc l'ensemble des populations qui habitent une zone particulière. Campbell Biology 11th edition 2016 english10 biodiversité & écologie Bloc 2 Organismes Thème 7 Diversité Interactions 1. Diversité des Interactions INTRA-spécifiques compétition 11 biodiversité & écologie Bloc 2 Organismes Thème 7 Diversité Interactions © Ikiwaner, GNU FDL 1. Diversité des Interactions INTRA-spécifiques coopération 12  notion clé Compétition intraspécifique relations établies entre et modèle logistique individus d’une même population toutes les réactions stimulées par l’activité de congénères et orchestrées par des signaux de communication dN / dt : variation temporelle de l’effectif N au cours du temps t existent chez tous les êtres vivants — r : taux de croissance intrinsèque y compris chez végétaux et bactéries de la population K : capacité de charge du milieu compétition — ou coopération — due à une ressource limitante pour la nourriture, l'eau, l'espace, la Si N = K la population ne croît plus lumière, les partenaires, ou toute autre ressource nécessaire à la survie effectif N des individus et/ou à la reproduction de l’espèce conséquences directes et souvent K=100 importantes sur la démographie et la dynamique des populations >>> K=50 temps t  voir CM 5 Interactions et reproduction Diversité des Cycles de vie Multiplication asexuée (« végétative ») A priori pas d’interaction ! …puisqu’un seul individu est concerné… La règle chez les procaryotes; Archaea et Bacteria Très courant aussi chez les Eucaryotes, notamment unicellulaires (protistes) et végétaux, mais aussi champignons et certains animaux Grande diversité de modalités: fission binaire, mitose, shizogonie, bourgeonnement, strobilation,… Néanmoins, peut aboutir à des colonies (clones), parfois avec spécialisation des individus, et du coup à des interactions ! deux exemples page suivante 14  Un filament d’Anabaena sphaerica (Cyanobacteria) La plupart des cellules du filament sont photosynthétiques, mais en cas de carence en NH3 pho CO2 certaines cellules deviennent des hétérocytes, N2 hét spécialisées dans la fixation de N2. L'intérieur des pho hétérocytes est micro-oxique grâce à l'augmentation de la respiration, à l'inactivation du PS II producteur d'O2 et à la Glu formation d'une enveloppe épaissie à l'extérieur de la NH3 paroi cellulaire. Le glucose synthétisé dans les cellules photosynthétiques passe dans les hétérocytes. En retour, le NH3 formé dans les hétérocytes passe dans les cellules photosynthétiques. Deux exemples de « clones interactifs »… tro tro Une colonie clonale d’Hydractinia echinata (Cnidaria:Hydrozoa) Les polypes mangeurs (trophozoïdes) atteignent 13mm de longueur et possèdent 2 rangées de 8 dac tentacules. Ils nourrissent, par l’intermédiaire du stolon qui les réunit, les autres polypes : dac - reproducteurs (gonozoïdes) qui ne possèdent que quelques courts tentacules terminaux et portent des sacs pleins de larves planula. gon - défenseurs (dactylozoïdes), fils longs et enroulés, gon spécialisés dans la piqûre. 15 + pour approfondir Un autre exemple tout récent : Cette étrange créature se compose de « nageurs » et de « passagers » qui sont en fait deux formes différentes d’une unique espèce de parasites trématodes. Science News 22 SEP 2023 16  voir CM 5 Interactions et reproduction Diversité des Cycles de vie Reproduction sexuée Apanage des Eucaryotes* (meïose, gamètes, fécondation) Génère très souvent de multiples interactions recherche du partenaire: phéromones, plumage et ramage, compétition, protection, … accouplement, fécondation, synchronisation … soins aux jeunes: gestation, couvaison, nourrissage, éducation,… *mais le transfert de gènes ou de plasmides chez les procaryotes peut aussi assurer un brassage génétique 17 Trouver l’âme soeur… Ne plus la lacher… Cerf élaphe mâle en rut bramant dans la réserve animale Femelle d’araignée Nephile et son mâle nain, juste du Domaine des grottes de Han en Belgique derrière son abdomen. N'Gouja, Mayotte. S’envoyer en l’air… Nourrir les gosses… Syrphides s'accouplant en vol. Image prise en octobre Colibri calliope femelle nourrissant ses poussins 2006 à Swifts Creek, état du Victoria (Australie). 18  notion clé La socialité caractérise le degré dans lequel les individus d'une population ont tendance à s'associer en groupes jusqu'à former des sociétés coopératives. 1er degré: stade grégaire. tendance des individus de nombreuses espèces à se regrouper en ensembles plus ou moins structurés. regroupement transitoire (reproduction, migration) ou permanent effet de masse défensif, mais peu d’interactions pour d’autres fonctions banc de poissons 20 essaim de criquets pélerins au Kenya ©EPA abondance de une seule espèce, deux morphotypes, solitaire et grégaire nourriture pénurie de nourriture 21 troupeau de gnous au Serengeti en Tanzanie troupeau de zèbres, gnous,… 22 + pour approfondir Une colonie de guillemots sur une ile au large de San Francisco 24  notion clé 3ème degré: stade sociétés, eusocial groupes dont les individus ont des morphologies, des physiologies et/ou des fonctions distinctes hiérarchie, castes, division du travail,… + pour approfondir + pour approfondir biodiversité & écologie Bloc 2 Organismes Thème 7 Diversité Interactions 2. Diversité des Interactions INTER-spécifiques 28  notion clé Très grande diversité et quasi omniprésentes (jamais seul !), transitoires ou durables, facultatives ou obligatoires, externes ou internes, … souvent caractérisées en fonction des effets réciproques sur la fitness*  notion clé Parasitisme: interaction durable Prédation: interaction transitoire dans laquelle un organisme (le dans laquelle un organisme (le parasite) se développe au dépens prédateur) ingère tout ou partie d’un ou plusieurs organismes d’un ou plusieurs autres d’autres espèces (le ou les hôtes) organismes (la ou les proies) qu’il qu’il utilise comme habitat, source utilise comme source de nourriture. de nourriture, et/ou mode de dispersion. Immense diversité des modes de capture et d’assimilation chez les A priori ne doit pas tuer son hôte prédateurs Métazoaires, … et des (au moins pas tout de suite !) mais modes d’évitement chez les proies. peut l’empêcher de croitre ou de se reproduire. revoir Caractère pathogène TP Cycles de vie souvent complexes Contraintes et (voir CM5 Shistosoma) adaptations en SF Alien (le parasite) vs Predator 30 + pour approfondir Prédation: interaction transitoire dans laquelle un organisme (le prédateur) ingère tout ou partie d’un ou plusieurs autres organismes (la ou les proies) qu’il utilise comme source de nourriture, Dynamique de populations interactive entre prédateurs et proies (modèle proie-prédateur, Les paramètres suivants caractérisent les interactions entre les deux espèces : équations de Lotka-Volterra) α, taux de reproduction intrinsèque des proies (constant, indépendant du nombre de prédateurs) ; β, taux de mortalité des proies dû aux prédateurs rencontrés ; δ, taux de reproduction des prédateurs en fonction des proies à revoir en L2-L3… rencontrées et mangées ; γ, taux de mortalité intrinsèque des prédateurs (constant, indépendant du nombre de proies) ; français english 31 + pour approfondir Prédation: interaction transitoire dans laquelle un organisme (le prédateur) ingère tout ou partie d’un ou plusieurs autres organismes (la ou les proies) qu’il utilise comme source de nourriture, Existe aussi chez les plantes (carnivores… ci-dessous la Dionée attrape-mouche), chez de nombreux protistes (phagocytose) ⬇ et même chez les ⬅ Bactéries (par ex. Bdellovibrio) 32 Prédation, co-évolution et … compétition 33 + pour approfondir  notion clé ensemble des relations trophiques existant à l'intérieur d'une communauté: qui mange qui ? + aspect quantitatif: flux (transfert de C, N,…) et stocks (∆ biomasse par étage) équilibre dynamique entre ressources et consommateurs relation positive entre la diversité et la stabilité des réseaux.  INTERLUDE bio diversité & écologie 1 1012 K 🧟-Z Bloc 2 Organismes 14’30’’ Gérard LACROIX, CNRS Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement de Paris Spécialiste de l’écologie et évolution des réseaux d’interactions Diversité des Interactions les réseaux trophiques en vidéo pour tout (mieux ?) comprendre ! 36 + pour approfondir + pour approfondir  notion clé retenir une définition large: symbiose = vivre ensemble pour le meilleur, mutualisme (+/+) ou…pour le pire, parasitisme (-/+) le caractère bénéfique ou néfaste n’est pas toujours facile à établir (attention à l’anthropocentrisme !) ce caractère n’est pas toujours permanent, et peut passer de bénéfique à néfaste selon les circonstances (variations de l’environnement)  INTERLUDE bio diversité & écologie 1 1012 K 🧟-Z Bloc 2 Organismes Isabelle DAJOZ, U. Paris 7’45’’ Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement de Paris Spécialiste de l’écologie et évolution des réseaux d’interactions Diversité des Interactions pollinisation et mycorhizes pour tout (mieux ?) comprendre ! 40 notion clé  Chloroplast Ectoderme N Mésoglée 10 µm C. Goiran Endoderme anémone + microalgue P. Furla  organisme + microbiote poisson = holobionte + pour approfondir + bactéries * pour bien comprendre la intestinales réponse du poisson on doit = intégrer celle de ses symbiotes holobionte* Master BMC Biologie moléculaire et cellulaire Master BIP Biologie intégrative et physiologie Master BEE Biodiversité, écologie, évolution Limborg et al 2018 + pour approfondir bio diversité & écologie Bloc 2 Organismes Thème 7 Diversité Interactions 3. Diversité des Interactions et Communication 45  notion clé ‘langage’ d’une espèce, système de codage des informations émises sous forme de stimuli (chimiques, visuels, sonores,…), au service de diverses fonctions de communication, vers les membres de cette espèce vers d’autres espèces + pour approfondir Communication animale, la zoosémiotique Communication végétale… et bactérienne ! Médecine & Science (Paris) 2019 ; 35 : 31–38 1983 Quorum sensing et quorum quenching : Comment bloquer la communication des bactéries pour inhiber leur virulence ? français Sonia Mion1, Benjamin Rémy1,2, Laure Plener2, Éric Chabrière1 et David Daudé2* 47 + pour approfondir + pour approfondir Légume - Rhizobium UE L3 ID Interac EE ti écolog ons durable ie et é s Fixation N2 volutio , nodosité racinaire n ⬇ Dialogue hôte-symbiote Rôle facteur Nod Rhizobium Rhizobium 4 Rhizobium Rhizobium Nod factors 1 NFP Rhizobium Rhizobium Rhizobium DMI2 LYK3 3 DMI1 Infection thread Luzerne Root hair Ca2+ Medicago truncatula spiking Curling + α-Protéobactérie diazotrophe DMI3 Polarisation of the cortex Sinorhizobium meliloti Ca2+ NSP1 spiking 1. bactéries émettent signal chimique NSP2 Nod factor 2 2. réception par la racine, et préparation Symbiotic RPG Nodule responses de la nodosité organogenesis RPG 5 Infection thread formation 3. attraction des bactéries vers la racine 4. internalisation des bactéries 5. installation dans la nodosité, avec LegHb français qui piège O2 pour permettre fixation N2 49 bio diversité & écologie Bloc 2 Organismes Thème 7 Diversité Interactions 4. Diversité des Interactions et Co-évolution 50  notion clé changement évolutif d’un trait chez une espèce en réponse à un trait chez une deuxième espèce, suivie d’une adaptation évolutive de cette deuxième espèce,… co-évolution compétitive entre espèces antagonistes : système hôte-parasite, ou proie-prédateur, course aux armements (cf. Reine rouge) co-évolution coopérative entre espèces mutualistes. mais attention aux tricheurs ! notion clé  notions Rappel des clé Diversité des Interactions Les interactions biologiques forment la trame du fonctionnement des écosystèmes Intraspécifiques Interspécifiques Dans tous les cas les - entre deux individus au - entre deux espèces dans interactions reposent sur sein d’une population une communauté de la Communication, - souvent en lien avec - réseaux trophiques, quelque soit son type: reproduction dont la stabilité est en chimique, visuelle, sonore - vivre en groupe: de lien avec la biodiversité grégaire à eusocial - interactions durables ou On observe souvent une symbioses, bénéfiques Co-évolution entre les ou néfastes, à l’un ou partenaires, et l’unité aux deux partenaires écologique et évolutive - continuum pourrait être l’ensemble COMPETITION COOPERATION mutualisme, organisme + symbiotes = commensalisme, holobionte parasitisme Et pour revoir l’essentiel en moins de 10 minutes 53 + pour approfondir