Écologie des populations PDF

2.0 L’écologie des populations Objectif: se représenter les populations comme une unité fondamentale de l’évolution et comme une unité dynamique d’étude et d’intervention pour l’espèce. Plan d’étude: 2.1 La structure de la population 2.2 La démographie au sein de la population 2.3 Les paramètres de...

2.0 L’écologie des populations Objectif: se représenter les populations comme une unité fondamentale de l’évolution et comme une unité dynamique d’étude et d’intervention pour l’espèce. Plan d’étude: 2.1 La structure de la population 2.2 La démographie au sein de la population 2.3 Les paramètres de régulation de la population 2.4 Le modèle de la métapopulation 2.5 Les cycles populationnels 2.6 L’extinction et la bio-conservation de la population 2.0 L’écologie des populations Une population est formée d’un ensemble d’individus de la même espèce vivant à un endroit et à un moment donnés. Stratégie d’apprentissage: Les bélugas du fleuve St-Laurent et les bélugas arctiques appartiennent à la même population même si les individus ne se croisent jamais. Vrai ou faux? Justifier: Rép.: comme les aires de répartition sont distinctes et ne se recoupent pas, il s’agit de deux populations différentes qui appartiennent à la même espèce, soit le béluga. L’aire de répartition d’une espèce comporte souvent plusieurs populations isolées les unes des autres. L’aire de répartition du lynx du Canada en Amérique du Nord. 2.1 La structure de la population Pour documenter une espèce, l’étude de la structure de la population est capitale. Elle renseigne sur: 2.1.1 La densité des individus 2.1.2 La répartition géographique de l’espèce 2.1.3 La distribution spatiale des individus 2.1.4 Les déplacements d’individus entre populations 2.1.5 Les proportions de classes d’âge et de sexe 2.1.6 La taille 2.1.1 La densité des individus La densité de la population: permet de comprendre les particularités des individus dans une optique de Quand la densité devient conservation et de gestion des importante, le rendement (gain en populations. masse par année) des arbres d’une forêt diminue car la compétition augmente. Normalement les densités sont trop élevées pour un milieu: dispersion des jeunes dans de nouveaux territoires et sélection de certains in situ. Succès reproducteur pour une même population est variable en fonction des ressources (abondantes/faibles). 2.1.2 La répartition géographique d’une espèce Phylogénétiques: l’histoire évolutive d’une espèce explique en partie sa répartition. Habitats écologiquement favorables (amplitude écologique): facteurs biotiques (prédation, parasitisme, compétition et maladies) et facteurs Répartition du diable de Tasmanie abiotiques (température, eau, lumière, vent, roche et sol). Anthropiques: introduction accidentelle ou volontaire d’espèces dans certaines régions. Moules zébrées: une espèce envahissante en provenance de la mer Méditéranée. 2.1.3 La distribution spatiale des individus L’hétérogénéité de l’habitat et les interactions interindividuelles déterminent les patrons de distribution des individus. 3 patrons de distribution sont définis: Agrégative: prédisposition pour les interactions sociales ou répartition agrégative des ressources (arbres, loups, oiseaux migrateurs en migration). Régulière: établissement d’un espace minimal entre individus (nidification des fous de Bassan). Aléatoire: l’espacement n’est pas lié à un processus biologique Associez le bon patron de distribution spatiale à ces schémas. 2.1.4 Les déplacements d’individus entre populations Quand la densité est trop importante ou que les ressources s’appauvrissent: des individus quittent la population (émigration). Quand des individus s’incorporent à une nouvelle population (immigration). Ces mouvements migratoires représentent un flux génétique qui contribue à la variabilité génétique d’une population. Il existe une distance critique pour le flux migratoire qui est propre à une espèce. Par exemple, pour les organismes sessiles, la dispersion des graines ou des larves en milieu aquatique se fait par: les vents, les courants et les animaux (chez les Végétaux tropicaux, de 60 à 90% des graines sont dispersées par les Animaux). https://www.youtube.com/watch?v=OB0P3mx_lxY La perte d’habitat par destruction ou fragmentation de ceux-ci: limite les flux migratoires.  La structure d’une population se décrit 2.1.5 Les proportions de classes également par son d’âge et de sexe taux de natalité, son taux de mortalité et la répartition des individus par classes d’âge et de sexe. C’est ainsi que l’on peut bâtir une table de survie des individus d’une population et qui donne une courbe de survie. 2.1.6 La taille Est définie par le nombre d’individus qui composent la population. Ne renseigne pas sur la répartition des individus par classe d’âge ou de sexe, ni sur la variabilité génétique. Relation entre effectifs et variabilité génétique: petites populations sont pauvres d’un point de vue génétique (dérive génétique). Concept d’effectifs minimums viables ou population minimale viable: plus petite population qui survivrait pendant 1000 ans (dépend de la démographie et de la variabilité génétique de la population). 2.2 La démographie au sein de la population L’étude des effectifs d’une population et sa démographie permet d’observer des changements au sein de la population. 2.2.1 La démographie La taille d’une population varie, ses effectifs changent au cours d’une année et d’une année à l’autre. Ces changements s’expriment à l’aide de l’équation suivante: r = ((b – m) + (i – e))/N Où r est le taux d’accroissement b est le taux de natalité m est le taux de mortalité i est le taux d’immigration e est le taux d’émigration N est le nombre d’individus de la population au début de l’intervalle de temps Remarque: r varie de -1 à 1; quand r est négatif = déclin et quand r est positif = accroissement. 2.2.1 Les modèles d’accroissement démographique Les populations ont un accroissement maximal dans des conditions idéales. Mais cet accroissement n’est possible que pour une période de temps limitée. Modèle exponentiel de croissance (ne prend pas en compte une limite d’accroissement): Nt = N0ert Modèle logistique (prend en compte une limite = capacité de support de l’environnement = K) N = rmaxN0 ((K – N0) / K) Associez la bonne formule au bon modèle: Nt = N0ert N = rmaxN0 ((K – N0) / K) En nature, les populations peuvent afficher des croissances ou décroissances qui ressemblent au modèle exponentiel, mais seulement pour une courte période de temps car: L’environnement possède une quantité limitée de ressource alimentaire, une capacité limitée à dégrader les déchets des individus, une quantité limitée d’eau et un espace limité. La densité de la population augmente la compétition entre individus, augmente les maladies et augmente la pression de prédation s’il s’agit de proies. Croissance au-delà de la capacité limite de l’environnement = effondrement Vous disposez des effectifs suivants concernant une population de loups du nord du québec et la capacité de support de cette population est de 50 pour ce territoire. Vous disposez des effectifs suivants concernant une population de loups du nord du Québec et la capacité de support de cette population est de 50 pour ce territoire. Répondez aux questions. Années Taille au début de Naissances au cours Mortalité au cours de Immigration au cours Émigration au cours l’année de l’année l’année de l’année de l’année 2005 9 12 6 0 1 2006 14 18 9 0 0 2007 23 30 20 1 2 2008 32 40 25 0 5 a) Déterminez rmax. b) S’agit-il d’une croissance exponentielle ou logistique? c) Donnez les effectifs attendus en 2011. Réponses: a) rmax est 9/14. b) Si modèle exponentiel alors le nombre d’individus aurait été de 47 en 2008. La population a alors cru selon un modèle logistique où r max est de 9/14, le modèle logistique donne, à partir des données de 2005, un nombre d’individus de 28 loups pour 2008, ce qui se rapproche de la situation observée. c) En prenant r max qui est de 9/14, nous avons les effectifs de 2009 qui sont 42 (32+10). Ceci nous donne une variation de 4 individus pour 2009, donc N du début de 2010 devient 46 (42+4). On calcule N pour 2011, ce qui donne 48 individus (variation de 2 + N au début de l’intervalle). 2.2.1 Les effectifs humains En 1800, la population mondiale des humains atteint 1 milliards (temps de doublement = milliers d’années) En 1930, elle était 2 milliards (temps de doublement = 130 années) En 1960, elle était 3 milliards En 1975, elle était 4 milliards (temps de doublement = 45 ans) En 1987, elle était 5 milliards En 1999, elle était 6 milliards En 2006, elle était de 6,6 milliards 7 294 612 723 personnes lundi 20 avril 2015 à 22 h 26 min et 06 s - See more at: http://www.populationmondiale.com/#sthash.XTmZunNU.dp uf Il y a un ralentissement récent du taux d’accroissement de la population humaine. Passage du point d’inflexion logistique! 2.3 Les paramètres de régulation de la population Les facteurs densité-dépendants: ce sont des facteurs qui augmentent le taux de mortalité et abaissent le taux de natalité lorsque la densité de la population augmente. Ce sont: l’intensification de la pression de prédation l’intensification de la compétition interspécifique l’intensification de la compétition intraspécifique l’augmentation des maladies Les facteurs indépendants de la densité: ce sont des facteurs de régulation de la taille de la population indépendants de la densité de la population. Ce sont essentiellement des facteurs de nature climatique. 2.4 Le modèle de la métapopulation Ce sont un ensemble de populations de la même espèce dans lesquelles il y a mouvements réguliers d’individus d’une population à l’autre. La fragmentation des habitats pose un sérieux problème aux populations.  2.4 Les cycles populationnels L’interaction entre les facteurs dépendants de la densité et les facteurs indépendants de la densité d’une population contribue à créer des cycles populationnels dont la durée varie en fonction de plusieurs paramètres dont la latitude, l’altitude et la disponibilité de la nourriture. 2.6 L’extinction et la bio-conservation de la population 2.6.1 L’extinction 2.6.2 La bio-conservation de la population  2.6.1 L’extinction Les extinctions font partie de l’histoire de la vie. Certaines sont associées à des événements majeurs (météorites, glaciation), d’autres à l’évolution et d’autres à l’humain. Les extinctions associées à Homo sapiens sapiens Il y a environ 12000 ans, l’Amérique était peuplée de grands mammifères: mastodontes et mammouths, chameaux, chevaux, paresseux géants, tigre à dents de sabre. Smilodon (en Peu après l’arrivée de l’homme 74 à 86% haut) et de la mégafaune avait disparu Aepyornis (ci- (mammifères>50 kg) contre) Même histoire en Australie il ya 40 000 ans et, quelque temps plus tard, en Nouvelle-Zélande Mastodonte à gauche et mammouth à droite. 2.6.1 L’extinction Des extinctions plus récentes Dynamique de l’extinction Variation génétique entre les individus d’une population. Variation génétique entre les individus de différentes populations. Risque important chez les petites populations. Isolement génétique par fragmentation de l’habitat. Comment mesure-t-on la variabilité génétique dans des populations? Via la caractérisation des produits des gènes: les hétérozygotes produiront deux formes légèrement différentes d’une même enzyme (allozymes) que l’on peut caractériser par électrophorèse Par comparaison de taille de fragments (polymorphisme de taille des fragments de restriction grâce à l’usage d’enzymes de restriction) Par la quantification des SNPs (single nucleotide polymorphism) au sein de la population Les causes actuelles d’extinction La surexploitation (principal problème) La perte des habitats (principal problème) Les catastrophes naturelles ou d’origine humaine  La surexploitation des populations Les activités humaines mécanisées génèrent un stress immense aux populations La surpêche dans l’Atlantique La pêche à la baleine http://ici.radio-canada.ca/nouvelle/1011629/daniel-p auly-scientifique-de-annee-radio-canada La perte des habitats pour les espèces Destruction des habitats (ex.: les coupes forestières à blanc) La pollution (qualité de l’habitat trop dégradé) La perturbation des espèces (dérangement par les activités humaines; le cas des chauves-souris) Le morcellement des habitats (fragmentation de l’habitat) https://www.ladn.eu/nouveaux-usages/manger-20-de-viand e-de-boeuf-en-moins-cest-50-de-deforestation-evitee-dici-2 050/ 2.6.2 La bio-conservation de la population Les principes théoriques de la conservation biologique Etapes de mise en oeuvre d'un programme de conservation Données écogéographiques ↓ Objectifs de conservation (taxon, zone géographique,…) ↓ Exploration sur le terrain ↓ Stratégies de conservation (ex situ ⇔ in situ) ↓ Mise en place du dispositif de conservation (réserve, collection de graines et gamètes) ↓ Monitoring/Evaluation ↓ Utilisation des ressources génétiques (amélioration génétique, biotechnologie) A) Méthode de conservation in situ d’espèces sauvages stratégie: constitution de réserves naturelles + monitoring régulier de démographie/génétique des populations + interventions si nécessaires mise en oeuvre: choix des espèces cibles choix des sites choix de la taille des sites lien avec conservation ex situ envisager conséquences socio/politiques mesures d’entretien périodiques (gestion) favoriser les migrations entre populations monitoring + interventions ponctuelles Un entrepôt de semences Le choix de la dimension des sites objectif: déterminer le nombre minimum d’individus capables de se maintenir à long terme (choix de la taille minimale des sites): notion d' "Effectif Minimum Viable" ou population minimale viable: taille minimum qui assure (à un niveau statistique donné) la persistance de la population pendant un temps donné. Analyse de viabilité des populations: connaissance des facteurs influençant la probabilité d’extinction des populations – facteurs génétiques – facteurs démographiques – fréquences des catastrophes naturelles. Les variables à considérer Analyse de viabilité des populations: paramètres du modèle – Taux naissance/survie – Nombre et tailles (N) des populations – Capacité limite de l'habitat (K) – Fréquence et effet des menaces (facteurs déterministes, catastrophes) – Biologie de l'espèce (dépression consanguine; flux de gènes…) Pour espèces fortement menacées, organiser un monitoring régulier de: – taille de la population: démographie – composants de la valeur sélective (taux de mise à graine, taux de germination, fécondité, vigueur): risque de consanguinité – diversité génétique: risque de dérive génétique – différenciation génétique interpopulations: nécessité de flux génétique? Restauration génétique par flux génétique et réintroduction de matériel conservé ex situ Exemple de panthère de Floride: – seulement 60 individus dans le sud de Floride (pop. relictuelle) – anomalies génétiques nombreuses: cryptorchidie (absence d’un ou deux testicules) sperme anormal queue en crochet taches sur pelage – faible diversité génétique Exemple de panthère de Floride: –présence de sous-espèces non menacées: cougar du Texas »comparaison génétique par marqueurs et très faible différenciation génétique entre les 2 espèces »introduction de 8 femelles de cougar »5 de ces femelles ont produit des descendants et actuellement il y a 25 descendants hybrides connus, qui montrent une absence ou faible fréquence des caractères délétères B) Restauration génétique par flux de gène et réintroduction de matériel conservé ex situ La pratique du "supportive breeding": mise en captivité d’individus pour la reproduction; ensuite rapatrier les descendants dans la population naturelle en mélange avec les individus "sauvages" ce qui permet de booster la reproduction par contrôle des conditions durant la reproduction. Le cas du bar rayé dans le fleuve St-Laurent: Programme de rétablissement du bar rayé (Morone saxatilis), population de l'estuaire du Saint-Laurent, Canada. http://www.registrelep.gc.ca/virtual_sara/files/plans/rs%5Fb ar%5Fraye%5Fstriped%5Fbass%5Fst%2Ela%5F1011%5Ff ra%2Epdf Voir p.19. Un aperçu du territoire québécois en matière de protection.