Synthèse : Écologie et Développement Durable PDF

SYNTHESE : ECOLOGIE ET DEVELOPPEMENT DURABLE Cailteur Maud HEPN Biologie III AUTOÉCOLOGIE................................................................................................................................................... 2 VALENCE ÉCOLOGIQUE......................

SYNTHESE : ECOLOGIE ET DEVELOPPEMENT DURABLE Cailteur Maud HEPN Biologie III AUTOÉCOLOGIE................................................................................................................................................... 2 VALENCE ÉCOLOGIQUE.................................................................................................................................................. 2 LES FACTEURS ABIOTIQUES.................................................................................................................................. 3 FACTEUR CLIMATIQUE : LA TEMPÉRATURE............................................................................................................................ 4 FACTEUR CLIMATIQUE : HUMIDITÉ RELATIVE ET PRÉCIPITATIONS................................................................................................. 7 FACTEUR CLIMATIQUE : LUMIÈRE....................................................................................................................................... 8 FACTEUR CLIMATIQUE : LE VENT..................................................................................................................................... 10 FACTEUR CLIMATIQUE : INDICES CLIMATIQUES ET CLIMATOGRAMMES........................................................................................ 11 MILIEU AQUATIQUE............................................................................................................................................ 12 EAU : MAXIMUM DE DENSITÉ À 4 °C................................................................................................................................. 12 STRATIFICATION DES EAUX............................................................................................................................................ 13 MATIÈRES EN SUSPENSION........................................................................................................................................... 14 ADAPTATIONS À LA VIE AQUATIQUE.................................................................................................................................. 15 FACTEUR ALIMENTAIRE................................................................................................................................................. 16 FACTEURS ABIOTIQUES...................................................................................................................................... 17 EFFET DE GROUPE...................................................................................................................................................... 17 COMPÉTITION INTRASPÉCIFIQUE.................................................................................................................................... 17 RELATIONS INTERSPÉCIFIQUES....................................................................................................................................... 18 COMPÉTITION INTERSPÉCIFIQUE..................................................................................................................................... 21 LA DÉFENSE CHIMIQUE DES PLANTES ET DES ANIMAUX.......................................................................................................... 22 LUTTE BIOLOGIQUE..................................................................................................................................................... 22 ECOLOGIE DES POPULATIONS............................................................................................................................ 23 STRUCTURE DÉMOGRAPHIQUE DES POPULATIONS............................................................................................................... 23 FLUCTUATIONS DES POPULATIONS NATURELLES.................................................................................................................. 26 SYNÉCOLOGIE................................................................................................................................................... 27 MÉTHODE D’ÉVALUATION DES PARAMÈTRES DÉMOGRAPHIQUES........................................................................ 28 EXERCICES........................................................................................................................................................ 29 1 Autoécologie Etude de l’influence des différents facteurs biotiques et abiotiques sur un individu / une espèce. - Facteurs abiotiques : climat – eau – sol – alimentation - Facteurs biotiques : influences mutuelles des êtres vivants entre – eux - Notion de valence écologique et limites de tolérance Valence écologique La valence écologique traduit la possibilité d’une espèce de peupler des milieux différents, caractérisés par des variations plus ou moins grandes des facteurs écologiques. Espèce à grande valence écologique : espèce euryèce voire ubiquiste (ex : mouche domestique) Espèce à faible valence écologique : espèce sténoèce Exemple : Exigences vis-à-vis de la T° x = T° et y = HR (humidité relative) Ici 2 espèces ne vivent pas dans la même niche éco 2 Les facteurs abiotiques Facteurs climatiques : La T°, P°, précipitations, lumière, le vent Qu’est ce qui peut faire varier les températures à l’échelle d’une région / du globe ? - L’angle d’incidence des rayons lumineux - Latitude - Saison - L’altitude (1°C par 180 m) - La présence d’une grande masse d’eau : mer, lac - Les courants marins - La transparence de l’air (nébulosité – poussières – gaz) - L’exposition - La couverture du sol - Les formations végétales Pourquoi les températures varient-elles avec les saisons et les latitudes ? Pour une latitude "L" de l'hémisphère Nord, on a : Altitude à midi au solstice d'été = (90 - L) + 23.43 Altitude à midi au solstice d'hiver = (90 - L) - 23.43 Ciney : 50°18'00"N A Ciney, altitude du soleil : en été : +/- 63 degrés en hiver : +/- 16 degrés Les courants marins : 3 La couverture du sol / formations végétales Facteur climatique : la température La température agit sur les phénomènes métaboliques (4) : - Respiration - Croissance - Photosynthèse - Déplacements L’effet de la température sur les processus vitaux - Chaleur augmente l’E cinétique des molécules, accélère les réactions enzymatiques. - Augmentation des processus biologiques 2 à 4 X par 10°C. → Facteur d’augmentation =Q10 Les limites de tolérance extrêmes T° les plus hautes : - Bactéries des eaux thermales : 90°C - Algues bleues : +/- 85 °C - Fourmis des sables : 50°C T° les plus basses : - Kystes de nématodes, spermatozoïdes : -180°C - Certains insectes en diapause : -80°C - Vie normale des rennes : -50 à -60 °C - Vie normale de certains végétaux ligneux et insectes : -30°C 4 Les limites de tolérance de la plupart des êtres vivants se situent entrent –10°C et + 50°C, pourquoi ? Au-delà de 40°C pour les organismes ubiquistes, dénaturation des protéines. La température agit sur 7 facteurs : - La répartition géographique des espèces - La localisation des espèces dans leur milieu (Forêt, champ,...) - Les activités vitales - La durée de vie - Le nombre de générations (en GB : 1 génération / an et 1 hibernation, Israël : 3 générations et 1 estivation) - La quantité d’aliments consommés La fécondité (Déterminisme du sexe : Le sexe des reptiles dépend de la température d'incubation) Notion de somme de températures (activités vitales) Quantité de chaleur qu’un organisme a besoin pour se développer. Dans un élevage où la température est constante : S = T°. Nbre de jours = Somme de températures. Si la température varie : S = (T° jour1+ T° nuit1) /2 + (T° jour2+ T° nuit 2) /2 + … Calcul de S ? Si K =13.5°C / D= 20j à T° 26°C / D= 42j à T° 19.5 °C S = (26-13.5).20 = 250°j / S = (19.5-13.5).42 = 250°j La température agit sur la durée de vie La durée de vie ↗ si T° ↘ jusqu’à une T° critique inférieure. Pourquoi la drosophile vit : 6 jours à 34°C et 12 jours à 19° ? Car la T° ↗ le taux de mutation (↗ radiation UV). Le ralentissement du fonctionnement du corps quand T° ↘ entraîne une production de radicaux libres diminuée, ces derniers endommagent les cellules et participent ainsi à l'apparition des signes liés à l’âge. Les adaptations à la température Les adaptations morphologiques Les extrémités sont réduites sous climats froids (petites oreilles) Rapport surface/volume : Plus j’organisme est grand plus le rapport est petit. Plus il est petit moins il y a de perte de chaleur. 5 Les adaptations physiologiques aux températures Pour résister aux températures négatives - Diptères hivernent dans des lacs gelés par déshydratation progressive, point de congélation ↘ - Certains Hyménoptères transforment le glycogène en glycérol qui joue le rôle d’antigel Adaptation du système circulatoire chez la mouette ou chez le chien de traîneau Les adaptations éthologiques aux températures extrêmes 6 Facteur climatique : Humidité relative et précipitations Les organismes hydrophiles ou aquatiques vivent en permanence dans l’eau (larve éphémère) Les organismes hygrophiles ne peuvent vivre que dans les milieux très humides (aulne) Les organismes mésophiles ont des besoins modérés en eau (homme) Les organismes xérophiles vivent dans les milieux secs (plante grasse) - Boisson - Excrétion et déjection - Eau des aliments - Transpiration et évaporation - Pomper l’eau à travers les - Respiration téguments - Utilisation réserves lipidiques - Osmose Adaptations morphologiques au manque d’eau Plantes : - Réduction des feuilles ou chute, ramification plus importante des racines (baobab) - Poils épidermiques et repli épiderme inférieur pour protéger les stomates (Oyat des dunes) - Repli de la feuille, duvet épidermique en parasol contre le vent Imperméabilisation des téguments : - Chez les Invertébrés : les Insectes - Chez les Vertébrés : pas encore les Amphibiens mais bien les reptiles, les oiseaux, les mammifères Animaux : - Réduction des glandes sudoripares - Vie en terrier, nocturne, migration Les dromadaires : - Peut perdre jusqu’à 25% de son poids en eau et récupérer en 10 min à l’oasis - Accumulation de graisse dans bosse - Diminution des excrétions urinaires - Peut bloquer sa transpiration : ↗ possible T° interne de 6°C, afflux de sang la nuit pour ↘ T° interne Le ténébrion du désert : - Le matin, il grimpe sur la dune, dresse son abdomen vers le ciel pour permettre au brouillard de se condenser sur ses élytres et recueillir qq gouttes d’eau qui couleront dans sa bouche. Rôles écologiques de l’humidité - Influence sur la longévité et la vitesse de développement des espèces - Influence sur la fécondité - Influence sur le comportement - Influence sur la répartition 7 Facteur climatique : lumière Quels sont les paramètres de la lumière qui interviennent (4) - Intensité - Longueur d’onde - Direction - Durée Qu’est ce qui peut faire varier la lumière atteignant les êtres vivants ? - L’angle d’incidence : latitude – saison - L’altitude - Nature du substrat - Couvert végétal Adaptations à la qualité de la lumière Les algues vertes absorbent la couleur rouge et bleu, les brunes utilisent le jaune et le bleu, les rouges captent bien le vert et le bleu. En altitude, fleurs foncées pour se protéger des UV et pour favoriser pollinisation par abeilles … Graphique de la photosynthèse en f’ de l’éclairement du type de plante Ce graphique compare la photosynthèse nette de deux types de plantes : une plante adaptée à la lumière (en rouge) et une plante adaptée à l'ombre (en bleu), en fonction de l'éclairement. Axe horizontal (x) : qui représente la quantité de lumière reçue par la plante. Axe vertical (y) : Photosynthèse nette, qui est la différence entre la production d'énergie (par photosynthèse) et la consommation d'énergie (par respiration). 8 Rôle écologique de la lumière Entretenir les rythmes biologiques : - Quotidiens - Saisonniers - Lunaires Rythme circadien : alternance jour/nuit L’horloge biologique est interne (hypothalamus), la photopériode de 24h ajuste cette horloge biologique. Ex : Fleure (belle de nuit) s'ouvrent le soir pour se refermer dans la journée, moins de concurrence pollinisation. Hanneton (insecte) s’envole à l’heure du coucher du soleil (moins de prédateur) Rythme saisonnier - Synchroniser les cycles de développement avec les saisons - Provoquer l’entrée en diapause (état physiologique de dormance) Reproduction au printemps ou à l’automne ? Pourquoi ? Dépend de la disponibilité en nourriture, temps de gestation et la migration Synchroniser les cycles de développement avec les saisons. Chez les plantes, la photopériode contrôle 6 « phases physiologiques » : - La germination - L’entrée en dormance - La reprise d’activité de l’apex des rameaux - La croissance - La chute automnale des feuilles - La floraison Autres influences de la longueur du jour La photopériode, la mémoire génétique et la rareté de la nourriture sont trois facteurs clés qui déclenchent les migrations saisonnières chez les oiseaux Changement de livrée : le remplacement partiel ou total du plumage, du pelage ou des écailles d'un animal pour s’adapter à des changements saisonniers ou biologiques. Ce phénomène est souvent lié à des besoins de camouflage, de thermorégulation ou de séduction pendant la reproduction. Rythme lunaire Des animaux, aussi diff que les oursins ou les lièvres, synchronisent les phases de reproduction A la pleine Lune, la lumière supplémentaire peut modifier le comportement des prédateurs et des proies. Migration et navigation : De nombreux animaux marins utilisent la lumière de la Lune pour s’orienter. 9 Facteur climatique : le vent - Pollinisation Déshydratation - Transport des graines - Transport de petit organisme Déformation - Effet de séchage des plantes Différents climats 1. Climats de montagne 2. Climats polaires 3. Climats océaniques 4. Climats continentaux 5. Climats méditerranéens et chinois 6. Climats arides 7. Climats tropicaux secs 8. Climats tropicaux 10 Facteur climatique : indices climatiques et climatogrammes Différents moyens sont proposés pour caractériser les climats : Indices : - Indice d’aridité de de Martonne « i » - Indice de Gaussen « P » et « T » - Quotient pluviométrique d’Emberger « Q » Diagrammes : - Diagramme ombrothermique - Climatogramme de Toulon Indice de Gaussen - P = pp mensuelle en mm Exemple Uccle en juillet : - P > 3T mois très humide P=79 / T=17.5 °C - 2T < P < 3T : mois humide - T < P < 2T : mois sec 3T = 3×17.5 = 52.5 mm et 2T=2×17.5 = 35 mm - P < T : mois très sec Résultat : P > 3xT : Mois très humide. - T = T° moy mensuelle en °C Rmq : Si la T° est proche ou inférieure à 0°C, ces données ne sont pas valables et on considère qu’un mois est humide si P > 25 mm. Quotient pluviométrique d’Emberger - M = moy des T° max du mois le plus chaud - m = moy des T° min du mois le plus froid - P = pp en mm - Q = 100 P / (M+m).(M-m) - Q > 100 : climat méditerranéen humide - 00 > Q > 50 : climat méditerranéen contrasté - 50 > Q > - 25 : climat méditerranéen semi – aride - 25 > Q > 10 : climat méditerranéen aride - 10 > Q : climat méditerranéen désertique Ecoclimatogramme 11 MILIEU AQUATIQUE La chaleur spécifique d’une substance : le nombre de joules requis pour élever de 1°C la température de 1g de cette substance. - Eau : 4,184 J/g/°C - Ethanol : 2,51 J/g/°C  Eau = régulateur thermique important Une bonne partie de l’énergie thermique sert à rompre les ponts H avant que le reste fournisse aux molécules d’eau l’énergie nécessaire au mouvement. Eau : maximum de densité à 4 °C La glace flotte. L’eau est une des rares substances qui possède une masse volumique moindre à l’état solide qu’à l’état liquide. L'eau se dilate de 9 % en cristallisant, contrairement à la plupart des liquides, qui se contractent d'environ 10 % en cristallisant. La flottabilité de la glace contribue grandement à rendre l’environnement propice à la vie. Si la glace coulait au fond, les étangs les lacs et mêmes les océans gèleraient complètement, et la vie telle que nous la connaissons n’existerait pas sur Terre. La glace favorise l’existence de la vie sous la surface. Surface éventuellement gelée. La température La glace fond. L’eau de surface atteint 4°C et coule au augmente jusqu’à 4°C avec la profondeur. Les fond du lac. L’eau est ainsi brassée ; la température, êtres vivants survivent dans le fond. l’oxygène et la nourriture sont homogénéisés. Les eaux de surface plus légères flottent sur les Abaissement de la T° des eaux superficielles eaux profondes plus denses. La température jusqu’à 4°C et descente de ces eaux en 12 diminue avec la profondeur. profondeur. Deuxième brassage annuel. Stratification des eaux Epilimnion : eau agitée par vent, bien éclairée, riche en O2 et en phytoplancton. T° y diminue très lentement. Métalimnion ou Thermocline : chute rapide de la T° Hypolimnion : zone pauvre en O2, peu ou pas éclairée, pauvre en phytoplancton, T° stable. Une eau saumâtre est caractérisée par une salinité inférieure à celle de l'eau de mer, elle se forme dans les zones où la mer se mêle à l'eau douce, comme dans un estuaire. - Eau de mer : en moyenne : 35 g/l - Eau saumâtre : +/- 30 g/l - Eau douce : < 0.5 g/l Eau : H2O et (5) … - Gaz dissous (O2, CO2 …) - Substances dissoutes : sels minéraux : anions ou cations (Cl-, SO4 2 , NO3-, HCO3-, Ca2+, Mg2+…) - Substances chimiques organiques (substances des déjections animales et humaines, résidus de pesticides, d’hydrocarbures…) - Matières en suspension (particules de terre, débris végétaux…) - Microorganismes (bactéries, plancton…) Gaz dissous dans l’eau : oxygène - Zone à truites : Dans les eaux très agitées torrents et tête des rivières où la température est toujours inférieure à 10°C et où l'eau contient environ 12 mg 02/l d'eau (très oxygénée) - Zone à ombres : Dans les eaux claires où la pente s'atténue (il y a de gros cailloux au fond et la rivière coule moins vite). La température est inférieure à 15°C et la teneur en O2 est d'environ 9 mg/l d'eau. - Zone à barbeaux : Ce sont les rivières de vallées et de plaines et la température dépasse 15°C, en été, avec des écarts importants. La teneur en O2 est de 6 mg/l d'eau environ. - Zone à brèmes : Ce sont les fleuves et les grandes rivières, larges avec une pente faible, un courant lent. La température dépasse 20°C en été. La teneur en O2 est inférieure à 5 mg/l en été. 13 Gaz dissous dans l’eau : gaz carbonique Acidification des océans Matières en suspension - L'érosion - Lessivage de sols fragiles, dégradés ou agricoles labourés - Une teneur élevée en plancton - Une pollution - Eutrophisation de l'eau Conséquences : - Éventuelle d'asphyxie (par anoxie) du milieu - Colmatage des branchies des poissons parfois Apport excessif d'éléments nutritifs dans les eaux, entraînant une prolifération végétale, un appauvrissement en oxygène et un déséquilibre de l'écosystème. 14 pH des eaux - L’eau de pluie : naturellement acide (pH = 5,7). - En fonction roches rencontrées – pH variable - Les valeurs moyennes annuelles du pH sont comprises entre 6,5 et 8,3. - pH inférieur à 4,0 : en aval des tourbières. - Dans les rivières et les fleuves eutrophes, le pH augmente : assimilation du bicarbonate par les plantes aquatiques. Adaptations à la vie aquatique Pour la respiration - Branchie - Branchie abdominale, trachée sur branchie - Siphon respiratoire anale - Branchie terminale / anale Les Chironomidae présentent une particularité importante pour survivre dans une eau pauvre en oxygène : un pigment respiratoire proche de l’hémoglobine. Chez nous hémoglobine capte l’O2 ici capte un ↗%. Autres : - Crochet - Coquille hydrodynamique - Ventouse - Fourreau pour se cacher Fort ont besoin de plus de muscles pour résister au courant Courant fort Moyen Faible 15 Facteur alimentaire Qualité de la nourriture Ces deux cellules natales abritent 2 abeilles différentes : - À gauche, une ouvrière - À droite, une reine, dont la cellule est plus grande que les autres. La première a reçu de la gelée royale pendant 3 jours et la deuxième durant toute sa vie … Quantité de nourriture 16 Facteurs abiotiques Effet de groupe Les carpeaux qui vivent en groupe ont plus de chance de faire plus œufs. Explication : plus de protection. Croissance pondérale des têtards d’Alytes obstetricans, de l’éclosion à la métamorphose. Les carpeaux qui vivent en groupe ont plus de chance de faire plus œufs. Explication : plus de protection. Autres exemples : - Eléphants d’Afrique : groupe de 25 min. - Rennes : min 300 à 400 individus. Pour favoriser l'évolution car long temps de vie donc évolution plus lente et éviter la consanguinité De nombreuses espèces animales vivent en troupeaux ou en groupe pour se protéger des prédateurs. Effet néfaste causé par le groupe, lorsque l’espace est limité ou la nourriture. Cannibalisme peut alors être observé Compétition intraspécifique Défense de territoire - Par cri (loup) - Par chant (rossignol) Compétition pour l’alimentation chez végétaux 17 Compétition pour la lumière chez végétaux Le chêne seul est beaucoup plus dense, pour l'autre photosynthèse vraiment au sommet Relations chimiques entre les individus Phéromones : - Sexuelles - Reconnaissance - D’agrégation - D’alarme Relations interspécifiques Neutralisme : Lorsque deux espèces vivent dans la plus grande indifférence, c'est-à-dire qu'elles n'entretiennent aucune relation Symbiose (exemple) - Racine et rhizobium (bactérie fixatrice d’azote) - Mycorhizes et racines : favorisent l'absorption des minéraux ainsi la nutrition de la plupart des espèces végétales. En échange le champignon reçoit des substances organiques. - Bovin protozoaire dans le rumen : apporte des aliments et le protozoaire aide à la digestion - Coraux et cnidaire, protégé par cnidaire (coraux) et lui fournit du sucre en faisant la photosynthèse Blanchiment des coraux : zooxanthelle quitte son corail → Réchauffement climatique → Acidification de l'eau : plus de CO2 dans l'air diffusion dans l'océan -> CO2 réagit avec H2O forme H2CO3 -> va se dissocier en HCO3 ou CO3, les H+ libérés acidifie l'eau 18 Mutualisme ou coopération : Association bénéfique mais facultative entre 2 espèces vivantes Ex : Le poisson clown est protégé par l’anémone qui possède des cellules urticantes éventuellement mortelles pour d’autres espèces. Il s’est immunisé contre celle- ci en s’enduisant d’un mucus prélevé sur le pied de l’anémone. En retour, il protège l’anémone de ses prédateurs et lui met à disposition des débris de nourriture. Commensalisme : Une seule espèce tire parti de l’association - Anémone commensale du crabe - Moineau : commensal de l’homme (les nourrit) Amensalisme : une espèce inhibe le développement de l'autre sans que cela lui amène nécessairement un avantage - Les Staphylocoques ne peuvent pas se développer à proximité de Penicillium notatum - Microcystis aeruginosa est une cyanobactérie, synthétise des hépatotoxines, les microcystines, qui peuvent entraîner la mort des poissons et des oiseaux. Ces toxines présentent également un risque pour la santé humaine (troubles hépatiques et des problèmes de peau) Parasitisme : Relation durable ou un organisme tire profit de l’hôte pour se nourrir, s’abriter, se reproduire La croissance et/ou les possibilités de reproduction du parasité sont diminuées. Le stade réceptif de l’hôte et le stade agressif du parasite apparaissent en même temps. Chez les plantes : - Parasites complets : plantes entièrement dépendantes de leur hôte pour leur nutrition. Elles n'ont pas de chlorophylle et ne réalisent pas de photosynthèse. - Hémiparasites : partiellement dépendantes de leur hôte. Elles possèdent de la chlorophylle, réalisent la photosynthèse, mais puisent de l'eau et des nutriments dans leur hôte Chez les animaux : - Ectoparasites : parasites qui vivent à la surface de leur hôte, généralement sur la peau ou les poils. Ils se nourrissent souvent de sang ou de tissus superficiels (les puces, gale). - Endoparasite : parasites vivent à l'intérieur du corps de leur hôte, dans des organes ou des cavités comme l'intestin, les poumons ou le sang. (Les vers intestinaux (ascaris), le Plasmodium (agent du paludisme)). La femelle coucou repère le début de la ponte de l'oiseau hôte (souvent rousserolle) et choisit le moment où les propriétaires sont absents pour venir pondre ses œufs dans le nid. Elle prend soin de subtiliser un oeuf dans chaque nid, de manière à ce que le compte soit exact. Les œufs des coucous ressemblent à s’y méprendre aux oeufs de l'espèce hôte. L’oeuf de coucou éclot au bout de 12 jours, avant les oeufs de ses "frères adoptifs". Le petit coucou pousse un par un ses congénères hors du nid. 19 Prédation : Les prédateurs influent sur la dynamique prédateurs/proies et donc sur les populations des proies. Ils contribuent à maintenir l'équilibre biologique des écosystèmes. Grands prédateurs carnivores : Rôle important de sélection naturelle. Régression/ disparition : - Impacts écologiques / sanitaires / paysage - Change quand les effectifs d’herbivores ↗ Réchauffement climatique : - Raréfaction / disparition d’espèces - Expansion d’espèces Oiseaux migrateurs : - Gobe-mouche noir - Disparition du ciel européen - Proies avec cycle avancé Réponse au changement climatique Au total la biodiversité de la faune comme de la flore va s'amenuiser Certains rapaces jouent un rôle important en matière de régulation des populations de micromammifères, lesquels sont très prolifiques, peuvent avoir des impacts sur les cultures et véhiculer de nombreuses maladies. Le rapport entre la taille du prédateur et celle de la proie : La plupart des prédateurs préfèrent attaquer des proies d’une taille spécifique, leur offrant le meilleur gain énergétique pour le moindre coût 20 Compétition interspécifique Pinçons de Darwin : Deux espèces sympatriques sont plus différenciées dans leur aire commune que dans les régions où elles ne sont pas en contact. Ce phénomène représente l’amorce d’une diversification qui est une des causes de l’évolution. La compétition est d’autant plus grande entre 2 espèces qu’elles sont plus voisines. Les espèces qui cohabitent développent des mécanismes d’isolement écologique qui leur permettent de réduire ou d’éviter la compétition ; ces mécanismes => spécialisation des espèces. Comment ces mésanges peuvent-elles cohabiter sans entrer en compétition ? La séparation écologique des 5 espèces de mésanges cohabitant dans le même bois est due à : - Taille et longueur du bec - Nourriture choisie - Lieux fréquentés pour la recherche de nourriture - Taille des proies choisies Toutes ces différences délimitent leur niche écologique Les niches écologiques semblent se chevaucher lorsqu’on ne considère qu’une seule ressource, mais en fait elles sont bien distinctes. C’est la condition de leur survie. La notion de niche écologique correspond au rôle de l’espèce dans le fonctionnement de l’écosystème. - Comment, où et aux dépens de qui cette espèce se nourrit elle ? - Par qui est–elle mangée ? - Comment et où vit–elle, se repose–t–elle et se reproduit–elle ? 21 La défense chimique des plantes et des animaux - Le millepertuis accumule l’hypéricine qui est un photosensibilisant. Très peu d’animaux le consomme. → Le coléoptère (G. chrysolina) détoxifie l’hypéricine et consomme le millepertuis en priorité - Les Chrysomélidés et Coccinellidés accumulent des produits toxiques ou répulsifs et les rejettent à l’extérieur en cas de menace Coléoptères Carabidés du genre Brachinus (bombardiers) Dans une vessie collectrice s'accumule une solution aqueuse. Si insecte menacé - Produits précurseurs passent dans la chambre d'explosion - Catalases et peroxydases produites par des cellules situées dans sa paroi. - La catalase décompose instantanément le H202 - Hydroquinones sont oxydées par les peroxydases et transformées en quinones. - Dégagement de chaleur → petite explosion avec un nuage toxique de couleur rougeâtre Lutte biologique Êtres vivants (prédateur ou parasite) pour réduire ou supprimer les dégâts causés par des espèces nuisibles à l’homme ou à ses cultures. Son but n’est pas l’élimination totale d’une espèce mais simplement son maintien à une densité telle que ses dégâts devienne négligeables ou tolérables et ne justifient plus d’investissements économiques. La Cochenille australienne (Hémiptères) se fait dévorer par son ennemi, Rodolia (Coléoptères Coccinellidés), prédateur auxiliaire de lutte biologique importé d'Australie. Principes : - Introduction d’ennemis naturels du ravageur - Diminuer le coefficient de natalité des espèces indésirables - Insérer des gènes atypiques dans une plante cultivée - Sélectionner des souches génétiquement résistantes - Pose de nichoirs pour inciter la reproduction d’insectivores - Utilisation de microorganismes pathogènes → Myxomatose contre le lapin de garenne introduit en Australie → Champignon pour lutter contre parasite du maïs - Introduction de mâle stérilisés dans une population (mouche) Application : Varroa jacobsoni Enorme fléau au sein des ruches, c'est une des causes de mortalité des abeilles. La dernière trouvaille des chercheurs anglais est l'utilisation de certains champignons qui tuent les Varroa. Les tests ne sont pas encore terminés, mais la technique semble très prometteuse. Pour lutter contre les parasites des arbres fruitiers ou contre les scolytes, ravageurs de différentes essences forestières, on utilise des pièges à phéromones comme attractifs. 22 Ecologie des populations Population : L’ensemble des êtres vivants qui vivent dans un lieu donné et appartiennent à la même espèce - Interactions intraspécifiques (homotypiques) - Interactions interspécifiques (hétérotypiques) - Interaction biotope - Structure des populations (Démographie, répartition des individus) - Fluctuations démographiques (Dynamique des populations) - Diversité génétique (Génétique des populations) Métapopulation : Ensemble de populations séparées spatialement, mais échangeant des individus Point bleu mâle, rouge femelle Taille en f' de l'âge Structure démographique des populations Paramètres quantifiables - Effectif - Densité - Répartition spatiale - Sex-ratio Age des individus Paramètres contrôlés par dynamiques - Natalité - Mortalité - Migration Paramètres des histoires de vie individuelles Effectif d'une population = nbre total d'individus d'une population. Il est intéressant de la diviser pour mieux l'étudier. Densité : Nombre d’individus par surface. Parfois exprimé en termes de biomasse : kg/ha, … (en biomasse permet de réaliser une pyramide et voir s’il y a un équilibre) 23 Paramètres quantifiables Répartition spatiale Exemple : répartition de 3 espèces d’arbres dans une même localité au Panama. Répartition aléatoire : Ce type de répartition est assez rare dans la nature. Le milieu doit avoir des caractéristiques homogènes et les individus ne doivent présenter aucun type d’interaction entre eux. Répartition uniforme : Ce type de répartition est souvent le résultat d’une compétition pour les ressources ou le résultat d’une défense du territoire chez les animaux. Certaines plantes produisent des substances toxiques dans le sol qui empêche les autres individus de leur espèce de se développer trop près. Répartition groupée : Les individus peuvent former des groupes pour répondre à une répartition inégale des ressources dans leur environnement immédiat. Les interactions sociales peuvent aussi entraîner une distribution groupée. Beaucoup d’espèces vivent et se déplacent par grands groupes … Sexe ratio : Rapport (nb) mâles / femelles 24 Paramètres contrôlés par paramètres dynamiques Variation d’effectif : Λ N = n-m +i-e Natalité (n), mortalité (m), migration (i / e) - Le taux brut de natalité : en proportion de la population totale. (Ex : 35 naissances pour 1000 indi et par an) - Le taux net de natalité : nbre total de femelles produites par femelle féconde. - Le taux de mortalité : le nombre de morts durant un certain intervalle divisé par l’effectif au début de l’intervalle. - Longévité potentielle (en absence de facteurs défavorables) : longévité maximale (124 chez humains) - Longévité écologique ou longévité moyenne : espérance moyenne de vie (85 femmes, 80 hommes) Courbe de survie Facteurs influençant les variations démographiques - Compétition intraspécifique - Pression du biotope - Relations interspécifiques Compétition intraspécifique : Effectif maximal= nb maximum d’individus qu’un milieu peut compter selon les ressources disponibles K = Capacité limite du milieu. Pression du biotope et relations interspécifiques : Tableau au-dessus 25 Fluctuations des populations naturelles La modélisation des courbes de croissance Fluctuation dans le temps des popu (ici saisonnières) Nbre de chenilles/m2 Bupalus piniarius en Allemagne Stratégies démographiques des espèces Stratégies r : Caractérisées par une forte natalité, c’est-à- dire un fort taux d’accroissement Les effectifs de population, très fluctuants, évoluent loin de K. Ces stratégies sont plutôt caractéristiques des espèces de petite taille, plus ou moins fortement consommées dans les chaînes trophiques (Insectes, Bactéries, ‘plantes’ herbacées…). On y trouve aussi les espèces parasites. Ces stratégies permettent une colonisation efficace du milieu et compensent la mortalité par une reproduction importante. Ainsi, les pertes d’individus avant reproduction sont fréquentes et contrebalancées par le nombre élevé d’individus. L’investissement parental, notamment les soins aux jeunes, est faible à inexistant. Les stratégies K (parfois dites « stratégies compétitives ») sont caractérisées par une faible natalité, c’est-à-dire un faible taux d’accroissement (proche de 0 en moyenne) et une fluctuation des effectifs stables évoluant près de K. Natalité et mortalité tendent à se compenser à court ou moyen terme. Ces stratégies sont plutôt pour des espèces de grande taille plutôt faiblement consommées dans les chaînes trophiques et subissant des fluctuations de l’environnement peu importantes ou, du moins, les affectant peu. Les pertes d’individus avant reproduction sont modérées et constantes, ce qui autorise un nombre d’individus faible, un fort coût de reproduction et une maturité sexuelle plutôt tardive. La compétition intraspécifique prédomine et explique en grande partie la survie différentielle des individus. L’investissement parental, notamment les soins aux jeunes, est souvent important. 26 Synécologie La synécologie étudie les communautés d’êtres vivants et le milieu qui les entoure, en plus des rapports qui s’établissent entre les deux. Ecosystème = Biotope +Biocénose - Biotope : milieu abiotique - Biocénose : l’ensemble des êtres vivants de ce milieu. Entre ces êtres vivants existent des liens nombreux d’interdépendance trophiques, de compétition, de symbiose … Equilibre biologique : contribution des espèces à la création de l’écosystème par diverses relations trophique Ecotone : zone de transition entre écosystèmes - Lisières - Marécages - Rivage Notion de pyramide écologique Pyramide inversée : bioamplification Bioamplification (Biomagnification) : L'augmentation cumulative des concentrations d'une substance persistante, à mesure qu'on monte dans la chaîne alimentaire. La bioaccumulation désigne la capacité des organismes à concentrer et à accumuler les substances chimiques à des concentrations bien supérieures à celles où elles sont présentes dans l’eau qui les environne. 27 Méthode d’évaluation des paramètres démographiques Techniques d’études des individus - Comptage direct - Echantillonnage / collecte de tous les individus - Méthode d’estimation d’effectif Comptage direct : - Technique des contacts visuels et sonores - Pour les vertébrés terrestres : itinéraires - échantillons Méthodes par prélèvements d’échantillons : - Filet papillon - Surber pour les macroinvertébrés - Cage Méthodes d’étude des effectifs - A partir d’échantillons prélevés par quadrats - Efforts de capture - Capture marquage recapture Ex : pêche électrique pour déterminer la biomasse d’un tronçon - On pêche une 1ère fois. On garde les poissons dans une nasse. - On réalise un 2ème passage et éventuellement, un 3ème. - On pèse chaque poisson. 28 Exercices Compléter le tableau suivant pour montrer l'effet de la relation trophique sur chacun des organismes. 1) Utiliser les symboles : (+) : effet favorable, (-) : effet défavorable, 0 : pas d'effet. Indiquer le type de relation et donner la définition ? 2) Lorsque la farine dans laquelle vivent les Coléoptères (Tribolium confusum) contient une certaine quantité d’excrétas toxiques, on assiste à une réduction de la fécondité des femelles, un allongement de la durée du développement larvaire ainsi qu’un phénomène pendant lequel les imagos (adultes) s’attaquent aux œufs. Quel est le facteur du milieu qui incite les femelles à réduire leur fécondité et prolonger leur stade larvaire ? Pourquoi les femelles prolongent-elles leur durée du développement larvaire ? Il s’agit de quelle coaction homotypique ? 3) Les Termites inférieurs sont de grands consommateurs de bois (cellulose et lignine). Leur intestin contient des protozoaires, dont le poids correspond au 1/3 de celui de l’insecte. Le tableau ci-dessous montre le pourcentage de la cellulose dans l’intestin des Termites avec et sans protozoaires : Privés des Protozoaires, les Termites meurent de faim au bout de 10 jours. Sortis de l’intestin des Termites, les Protozoaires meurent immédiatement. 1-Expliquez brièvement le rôle joué par les protozoaires ? 2-Dégagez, en justifiant votre réponse, la nature de cette association ? 3- Peut-on dire que les termites se nourrissent véritablement de bois ? 4) Le rendement d'un champ de fève est relativement bas. Pour chercher une explication à cette baisse, on a recueilli les observations suivantes : - Certaines tiges de fève sont infestées de pucerons. - Sur les tiges infestées, les coccinelles sont particulièrement nombreuses. - Des orobanches (plantes non chlorophylliennes) sont fixées sur les racines de fève. - Sur les racines, on trouve des nodosités. Ces dernières abritent des bactéries du type rhizobium. Préciser le type des relations entre : - Fève /pucerons. - Pucerons /coccinelles. - Racines de fève /orobanche. - Fève /rhizobium. 29  5) Trier les interactions biologiques dans le tableau 6) Cette figure provient d’un article récent publié dans la revue Science. Il développe des résultats issus d’un suivi à long terme sur la pêche des grands requins (>2 mètres) dans l’Atlantique nord-ouest. - A partir des figures, décrivez en quelques phrases les principaux résultats de cette étude. - Définir le(s) type(s) d’interaction(s) mis en jeu ici. - Indiquer, à la lueur de vos connaissances, ce qu’ont mis en évidence ces chercheurs (concept) - Proposer un titre potentiel - Proposer une flèche qui puisse être ajoutée à partir de la figure représentant les bivalves 30 7) Définissez les notions de facteurs abiotiques et biotiques, et donnez un exemple pour chacun. 8) Expliquez la différence entre une espèce euryèce et sténoèce 9) Expliquez comment la température peut influencer la répartition géographique d’une espèce 10) Détaillez les adaptations morphologiques, physiologiques et éthologiques des vivant en milieux froids. 11) Décrivez les différences entre les organismes hygrophiles, mésophiles et xérophiles. 12) Expliquez pourquoi les gaz dissous dans l'eau varient selon les zones à truites et à brèmes. 13) Décrivez les adaptations des organismes vivant dans des eaux pauvres en oxygène. 14) Décrivez le rôle des phéromones dans les relations sociales des espèces 15) Décrivez les stratégies de défense chimique des plantes contre leurs prédateurs. 16) Expliquez le phénomène de blanchiment des coraux. 17) Analysez comment la spécialisation écologique réduit la compétition interspécifique. 18) Comparez les stratégies démographiques r et K en donnant un exemple pour chaque. 19) Décrivez les étapes de la capture-marquage-recapture pour évaluer la taille d’une population. 20) Expliquez comment les fluctuations saisonnières influencent les populations animales. 21) Expliquez le concept d’écotone et son importance dans les écosystèmes. 22) Analysez comment la bioamplification peut affecter les chaînes alimentaires 23) Décrivez les méthodes d’échantillonnage pour estimer les populations animales. 24) Expliquez la technique de capture-marquage-recapture et donnez un exemple d’application. 25) Détaillez les avantages et limites du comptage direct 26) Décrivez les avantages et inconvénients de l’intro d’ennemis naturels pour réguler les nuisibles. 27) Expliquez pourquoi certaines espèces migrent vers des latitudes plus élevées. 31 QCM 1) La valence écologique d’une espèce traduite : a) Sa capacité à résister à des prédateurs. b) Sa capacité à occuper différents milieux écologiques. c) Sa capacité à se reproduire en milieu aquatique. d) Sa capacité à tolérer des changements de pH. 2) Une espèce ubiquiste est caractérisée par : a) Une niche écologique restreinte. b) Une valence écologique étendue. c) Une dépendance à des facteurs biotiques. d) Une reproduction exclusive en climat tropical. 3) Les organismes adaptés à des environnements très secs sont : a) Hygrophiles. b) Xérophiles. c) Aquatiques. d) Mésophiles. 4) La stratification thermique des eaux comprend : a) Epilimnion, thermocline, hypolimnion. b) Hypolimnion, photolimnion, thermocline. c) Thermocline, epilimnion, limnétique. d) Littoral, profundal, epilimnion. 5) Le pigment respiratoire des Chironomidae est : a) La chlorophylle. b) Un caroténoïde. c) Une hémoglobine adaptée. d) Une enzyme digestive. 6) Une relation où les deux espèces tirent bénéfice mais sans obligation est : a) Commensalisme. b) Mutualisme. c) Symbiose. d) Parasitisme. 7) Un exemple de parasitisme chez les plantes est : a) Une plante épiphyte. b) Une plante hémiparasite. c) Une plante carnivore. d) Une plante mésophile. 8) La toxicité des Chrysomélidés est un exemple de : a) Neutralisme. b) Défense chimique. c) Prédation. d) Symbiose. 32 9) Le blanchiment des coraux est causé par : a) Une surabondance de zooxanthelles. b) Un réchauffement des eaux et une acidification. c) Une surconsommation par les poissons herbivores. d) Une déforestation marine. 10) Une espèce r-stratégiste est caractérisée par : a) Une faible natalité et un fort soin parental. b) Une reproduction massive et peu de soins parentaux. c) Une grande longévité. d) Une répartition uniforme. 11) La densité d’une population se mesure en : a) Nombre d’individus par hectare. b) Biomasse totale d’un écosystème. c) Ratio prédateurs/proies. d) Taux de reproduction par individu 12) Un écotone est : a) Un écosystème marin. b) Une zone de transition entre deux écosystèmes. c) Une pyramide écologique inversée. d) Un type de biotope forestier. 13) La bioamplification est : a) L’augmentation de la productivité primaire. b) La concentration croissante de substances chimiques dans les chaînes alimentaires. c) La réduction de la biodiversité due aux pesticides. d) La perte d’énergie entre les niveaux trophiques. 14) La capture-marquage-recapture est idéale pour : a) Les espèces aquatiques. b) Les espèces terrestres solitaires. c) Les populations mobiles. d) Les écosystèmes forestiers. 15) Une méthode d’échantillonnage courante pour les invertébrés aquatiques est : a) Le filet papillon. b) Le quadrat. c) Le Surber. d) La pêche électrique. 16) Un exemple de lutte biologique est : a) L’utilisation de pesticides synthétiques. b) L’introduction de Rodolia pour contrôler les cochenilles. c) La culture intensive d’OGM. d) La réduction des habitats naturels. 17) Les hémiparasites : a) Dépendent totalement de leur hôte. b) Possèdent de la chlorophylle et réalisent la photosynthèse. c) Ne causent aucun dommage à leur hôte. d) Vivent uniquement en eau douce. 33 Réponse : 1) B 2) B 3) B 4) A 5) C 6) B 7) B 8) B 9) B 10) B 11) A 12) B 13) B 14) C 15) C 16) B 17) B 34