Exercices sur les chapitres 50 et 52Exercice 1 : Facteurs biotiques et abiotiques

(1)

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

Source

Bernadette Féry Automne 2007

Chapitres 50 et 52 Campbell, 3

^e

édition

INTRODUCTION À L’ÉCOLOGIE, DISTRIBUTION ET ADAPTATIONS DES ORGANISMES SUR LA PLANÈTE ET ÉCOLOGIE DES POPULATIONS

Cours 12

Partie 1 :

Introduction à l’écologie (Chapitre 50)

1. Introduction à l’écologie

Science qui étudie les organismes (leur distribution et leur abondance), les relations qu’ils ont avec leur milieu ainsi que les conséquences de toutes ces interactions.

a) Définition de l’écologie

b) Le milieu, au sens écologique du terme

Le milieu est l’environnement biotique et abiotique des êtres vivants.

Milieu biotique (relatif aux vivants) Relations entre les individus de la même espèce et entre individus d’espèces différentes.

Milieu abiotique (relatif au milieu physico-chimique) Température, eau, lumière, vent et sol.

c) Que signifie le terme interactions en écologie ?

Influences réciproques entre les organismes entre eux et entre les organismes et leur milieu. (4) types d’interactions.

Interaction directe

Les gros arbres diminuent la quantité de lumière au sol disponible pour les autres plantes.

Interaction indirecte

Les excréments des animaux s'incorporent graduellement au sol avec l'aide des bactéries et contribuent ainsi à l'enrichissement du sol afin que les plantes en profitent.

Interaction

immédiate

Un renard qui mange une grenouille.

Interaction différée

Les faucons influencent le patrimoine génétique des mulots et en conséquence leur évolution car, ils restreignent le succès reproductif de certains individus.

d) Qu’est-ce qu’un facteur écologique ?

C’est un facteur susceptible d'agir sur les organismes vivants en les éliminant, en modifiant leur densité, en les empêchant de se reproduire, etc.

Les facteurs écologiques sont les facteurs biotiques et les facteurs abiotiques.

Facteurs relatifs aux vivants.

Relations entre les individus de la même espèce (intraspécifiques) et entre individus d’espèces

différentes (interspécifiques).

Facteurs relatifs au milieu physico-chimique.

Température, eau, lumière, vent et sol.

1

(2)

e) L’écologie requiert beaucoup de connaissances En génétique, en évolution, en physiologie, en éthologie, en chimie, en géologie, en physique, en mathématiques…

f) L’écologie apporte les connaissances nécessaires pour cerner les problèmes environnementaux, les comprendre et les résoudre

Érosion des terres par déforestation.

Appauvrissement des sols par l’agriculture et l’élevage.

Pollutions de l’eau et de l’air.

Bioaccumulation des pesticides.

Destruction de la couche d’ozone.

Déséquilibres par introduction d’espèces exotiques.

Etc.

g) L’écologie est une science expérimentale difficile

• Les écologistes étudient des êtres vivants sur de vastes territoires complexes où il est difficile d'isoler une variable à l'étude.

• En plus il faut souvent beaucoup de temps pour vérifier l'effet de cette variable.

h) L’écologie a progressé grâce à de nouvelles façons de faire

• Les modèles mathématiques assistés par ordinateur aident à résoudre, hypothétiquement, des questions d'ordre écologique.

• De même, les expériences en laboratoire et sur le terrain permettent d'extrapoler les résultats à de vastes ensembles.

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

Source

Chapitres 50 et 52 Campbell, 3

^e

édition

INTRODUCTION À L’ÉCOLOGIE, DISTRIBUTION ET ADAPTATIONS DES ORGANISMES SUR LA PLANÈTE ET ÉCOLOGIE DES POPULATIONS

Cours 12

Partie 2 :

Distribution et adaptations des organismes sur la planète (Chapitre 50)

2. Les facteurs abiotiques conditionnent la distribution des organismes sur la planète

a) Un organisme ne survit que s'il tolère les facteurs abiotiques de son habitat

**Température* — Eau* — Lumière — Vent — Sol**

b) Les facteurs abiotiques varient d’une région à l'autre (dans l’espace) et d'une saison à l'autre (dans le temps)

Été versus hiver Saison des pluies versus saison sèche

Équateur chaud et humide versus Pôles froids et secs

* Facteurs qui influencent le plus, la distribution des organismes

2

(3)

c) Plus les facteurs abiotiques sont favorables, plus les organismes sont nombreux et variés. Et vice versa.

En allant de l'équateur vers les pôles, la biodiversité diminue car les conditions abiotiques deviennent difficiles à supporter.

Source

Extrême nord de l'Arctique et extrême sud de l'Antarctique

! faible biodiversité.

Forêts tropicales (abondance de lumière, de chaleur et d'eau) ! grande biodiversité.

Régions désertiques (comme le centre du Sahara) ! faible biodiversité.

d) Les organismes ont développé (3) types d'adaptations pour parer aux conditions abiotiques défavorables

Adaptation morphologique Structure physique particulière telle la présence de plumes.

Adaptation physiologique Processus interne comme le resserrement des vaisseaux sanguins quand il fait froid.

Adaptation comportementale Action par l'organisme comme se mettre à l'abri de la pluie.

3. Chaque facteur abiotique entraîne des adaptations chez les organismes qui veulent y faire face

A- La température

La température est un important facteur de distribution des organismes car elle présente de grandes fluctuations sur la planète selon la latitude et la saison.

Importance de la température pour le vivant

L'intervalle de température viable pour une cellule se situe entre 0˚C à 45˚C.

En deçà de 0˚C, les cellules gèlent et se rompent et au-delà de 45˚C, les protéines se dénaturent.

À l'intérieur de cet intervalle, les réactions chimiques cellulaires sont possibles ; elles s'accélèrent, cependant, avec l'augmentation de température et elles ralentissent s'il fait plus froid.

Il existe un intervalle thermique idéal pour chaque espèce.

Deux façons de réagir face à la température

1. Incapables de réguler leur température.

2. Se réchauffent s'il fait plus chaud et se refroidissent s'il fait plus froid.

3. Sont dits à sang froid.

ECTOTHERMES (hétérothermes, poïkilothermes) Invertébrés, poissons, amphibiens et reptiles

1. Régulent leur température.

2. Maintiennent leur température corporelle à un niveau constant tel que 37˚C pour les

mammifères.

3. Sont dits à sang chaud.

ENDOTHERMES (homéothermes) Mammifères et oiseaux

3

(4)

Adaptations des ectothermes Peau épaisse, présence de graisse… (M) Lézard qui se chauffe au soleil le jour et se cache dans son terrier la nuit. (C)

Insecte qui se tient sur une patte puis sur une autre sous le chaud soleil du désert. (C) Les iguanes marins des îles Galápagos diminuent leur débit sanguin cutané et leurs pulsations cardiaques lorsqu'ils plongent en mer (pour perdre moins de chaleur). Ils font l'inverse lorsqu'ils se chauffent au soleil. (P)

La grenouille des bois ne subit pas l’effet du gel à cause d’un antigel naturel. (P)

Adaptations des endothermes Plumes et poils (M)

Changer d'endroit, migrer, se serrer les uns contre les autres. (C)

Pour se refroidir

Halètement, dilatation des vaisseaux sanguins cutanés et transpiration. (P)

Pour se réchauffer Frissonnement et

resserrement des vaisseaux sanguins cutanés (P)

Exemples d’adaptations pour contrer les effets négatifs d’une température inadéquate

Morphologiques = M Comportementale = C Physiologique = P

L’eau est un important facteur de distribution des organismes parce que sa concentration est rarement la même que celle de organismes et qu’elle n’est pas toujours très disponible.

B- L’eau

La concentration d’une solution est la quantité de soluté (substance dissoute) par unité de solvant (substance qui dissout les solutés : dans les organismes c'est l'eau).

Plus la concentration du soluté augmente dans une solution, plus celle du solvant diminue. Et vice versa. Plus la concentration du soluté diminue, plus celle du solvant augmente.

Concentration (définition)

Concentration moyenne des liquides biologiques des animaux en milliosmoles de chlore par litre de solution

Animaux marins Animaux dulcicoles

(eau douce)

Animaux terrestres

EAU DOUCE (35) EAU DE MER (550)

Reptiles Oiseaux Mammifères Invertébrés

marins

Poissons cartilagineux (requins et raies)

Poissons osseux marins

Invertébrés dulcicoles

Poissons osseux dulcicoles

Amphibiens 100

200 300 400

500 Concentration 600 en milliosmoles de chlore par litre de solution

Inspiré de Mader, p. 489, éd. 1988

La concentration moyenne des liquides biologiques des organismes est de 180 milliosmoles de chlore par litre de solution.

Ces mouvements du soluté et du solvant qui tendent à rétablir l'équilibre entre les deux concentrations feraient mourir l'organisme s'ils se produisaient.

Ainsi, nos globules rouges gonfleraient et éclateraient. Des adaptations sont nécessaires pour parer cette situation.

Qu’arrive-t-il lorsque l’organisme est plus concentré que son milieu ?

35 milliosmoles Cl^-/l

180

Perd ses solutés, surtout du NaCl

Se gonfle d'eau

Ces mouvements du soluté et du solvant qui tendent à rétablir l'équilibre entre les deux concentrations feraient mourir l'organisme s'ils se produisaient.

Ainsi, nos globules rouges se ratatineraient. Des adaptations sont nécessaires pour parer cette situation.

Qu’arrive-t-il lorsque l’organisme est moins concentré que son milieu ?

550 milliosmoles Cl^-/l

180

Gagne des solutés, surtout du NaCl

Perd son eau

4

(5)

Une lamproie (agnathe)

Source des concentrations

Exemples d’adaptations pour contrer les effets négatifs d’une concentration de l’eau inadéquate

Cas des invertébrés marins et des agnathes

Eau de mer

460 Na⁺, 540 Cl^-, 10 K⁺

Total = 1000 mosm / l

Lamproie

554 Na⁺, 532 Cl^-, 6.8 K⁺, 3 urée

De même

concentration que l'eau de mer = isotonique

Pas de déséquilibre hydrique

Source des concentrations (composition globale et volume)

Cas du poisson osseux marin

Eau de mer

460 Na⁺, 540 Cl^-, 10 K⁺

Poisson marin

180 Na⁺, 160 Cl^-, 4 K⁺

Total = 337 mosm / l Moins concentré

que l’eau de mer

= hypotonique

Capte du sel Perd son eau

Déséquilibres

Boit

beaucoup Rejette le sel dans l’environnement par les branchies

Peu d’urine très concentrée

Adaptations

Source des concentrations

Cas du poisson osseux dulcicole (eau douce)

Eau douce (moyenne des rivières d’Amérique du Nord) 0.39 Na⁺, 0.23 Cl^-, 0.004 K⁺

Total = < 5 mosm / l

Poisson d’eau douce

142 Na⁺, 107 Cl^-, 2 K⁺

Total = 293 mosm / l Plus concentré

que l’eau douce = hypertonique

Perd son sel Capte de l’eau

Déséquilibres

Ne boit pas

Capte le sel de son environ- nement par les branchies

Abondante urine très diluée

Adaptations

Cas des poissons cartilagineux (requins et raies)

L’accumulation d’urée dans leurs tissus (sans être intoxiqués) les rend plus concentrés que l'eau de mer, donc hypertoniques. Par contre leur

concentration en NaCl est moins élevée que celle de l’eau de mer.

Source des concentrations (composition globale et volume) Eau de mer

460 Na⁺, 540 Cl^-, 10 K⁺

Requin

263 Na⁺, 249 Cl^-, 4.3 K⁺, 357 urée

Déséquilibres

Capte de l’eau

Capte du sel

Adaptations

Ne boit pas

Beaucoup beaucoup d’urine très diluée.

Rejet de sel par la glande rectale.

5

(6)

Boit

Peu d’urine très concentrée

Mammifères marins

Moins concentrés que l’eau de mer

= hypotoniques Déséquilibres

Se déshydratent et gagnent du sel Adaptations

1. Boivent de l'eau de mer.

2. Concentrent fortement leur urine.

Cas des mammifères marins Cas des oiseaux marinsCas des oiseaux marins

Oiseaux marins

Moins concentrés que l’eau de mer

= hypotoniques Déséquilibres

Se déshydratent et gagnent du sel Adaptations

1. Boivent de l'eau de mer.

2. Excrètent l’excès de sel par leurs glandes nasales.

Campbell : 1024 (2^eéd.) — Figure 44.12

• L’eau n’est pas toujours disponible alors que les vivants ont en grand besoin.

• Face à la rareté de l’eau il faut donc des adaptations qui permettent de maximiser son utilisation et de minimiser ses pertes.

Disponibilité de l’eau et besoin en eau des organismes

Humain Rat

Vaporisation 36%

Urine 60%60%

Fèces 4%

Boissons 60%60%

Aliments 30%

Eau métabolique 10%10%

Vaporisation 73%

Urine 23%23%

Fèces 4%

Boissons 0%0%

Aliments 10%

Eau métabolique 90%90%

Perte d’eau par jour Apport d’eau par jour

• Son recouvrement épidermique (poils) prévient la déshydratation.

• Ses anses de Henlé (anses des néphrons du rein) sont très longues de sorte que le rat déshydrate fortement son urine.

Cas du rat-kangourou (vit dans le désert)

Anse de Henlé

Un néphron Sang

La lumière est un important facteur de distribution des organismes aquatiques qui font de la photosynthèse car elle est rapidement absorbée dans l’eau. De plus, elle déclenche les migrations animales et influence les rythmes de reproduction (animaux et végétaux).

Chaque mètre d'eau absorbe 45% de la lumière rouge et 2% de la lumière bleue.

À une certaine profondeur, il n’y a plus de lumière.

C- La lumière

Allez voir quelques algues rouges

Adaptations des algues rouges pour contrer les effets négatifs d’un manque de lumière

Les algues rouges ont des pigments qui leur permettent de capter la lumière bleue, la longueur d'onde la plus pénétrante dans l'eau.

On les trouve jusqu’à 265 mètres de profondeur.

Spectre des ondes lumineuses visibles

Le vent est un facteur mineur de distribution des organismes sauf s'il est intense et régulier.

D- Le vent

Le vent refroidit les organismes. Le vent accentue les effets de la température froide car il accroît la perte de chaleur par vaporisation.

Le vent assèche les organismes. Le vent accentue les effets d'un manque d'eau car il accroît les pertes d'eau en augmentant la transpiration.

Effets négatifs du vent sur les organismes

Adaptations des arbres pour contrer le vent Les bourgeons situés au vent se développent moins bien et les branches cassent. Les bourgeons situés sous le vent sont mieux protégés et se développent mieux. La dissymétrie observée n'est donc pas un mouvement dû au vent comme celui d'un drapeau

mais une dissymétrie du développement. Source 6

(7)

Le sol est un facteur abiotique qui influence la distribution des végétaux et par conséquent, celle des animaux via la chaîne alimentaire.

E- Le sol

SOL LOURD ET ARGILEUX

• Le sol fournit l'eau et les sels minéraux (phosphates, nitrates…) nécessaires à la photosynthèse des végétaux.

• La structure physique du sol (argile, sable ...) et son pH déterminent le type de végétal qui s’installe.

• La nature du sol conditionne les types d'organismes qui peuvent s'y fixer ou s'y enfouir.

Importance du sol

SOL CALCAIRE

Adaptations

Un sol sableux sera habité d’animaux fouisseurs comme les pétoncles.

Un sol rocheux sera recouvert d’algues capables de se cramponner.

Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05)

Chapitres 50 et 52 Campbell, 3

^e

édition

Cours 12

Partie 3 :

Écologie des populations

(Chapitre 52)

En Tanzanie

INTRODUCTION À L’ÉCOLOGIE, DISTRIBUTION ET ADAPTATIONS DES ORGANISMES SUR LA PLANÈTE ET ÉCOLOGIE DES POPULATIONS

4. Le regroupement des organismes de la même espèce forme une population.

Population d’épilobes Source

Une population est un groupe d’individus de la même espèce qui occupent simultanément le même territoire, qui consomment les mêmes ressources et qui sont influencés par les mêmes facteurs écologiques.

Population de cygnes

5. Le plus grand objectif de l’écologie des populations

Quels sont les endroits où se rencontrent les organismes ? Quels sont les facteurs qui déterminent le nombre de ces individus dans ces endroits ?

Étudier la distribution et l'abondance des organismes.

6. Les caractéristiques d’une population : densité/ distribution a) Une densité

(1^ière caractéristique des populations)

La densité d'une population varie dans le temps parce que sa taille numérique se modifie selon les ajouts (natalité et immigration) et les retraits (mortalité et émigration).

La densité est le nombre d'individus par unité de surface (15 chevreuils /km ²sur l’île d’Anticosti) ou de volume (5 daphnies /10 mL d’eau).

Cette taille peut se maintenir (naissances = mortalité), augmenter (plus de naissances) ou diminuer (plus de mortalité).

7

(8)

Mesures de la densité

Par comptage direct des animaux (1)

Recensement aérien de Buffles africains

Campbell : 1258 (2^eéd.) — Figure 52.1

Par comptage direct des traces d’animaux (nids, fientes, pistes, etc) (2)

Nids d’Hirondelles des sables

1. Mise en place de pièges.

2. Capture des animaux, marquage et libération des animaux.

3. Attente de quelques jours ou semaines pour que les animaux se mélangent avec les autres.

4. Remise en place de pièges.

5. Recapture.

Baguage

Campbell : 1085 (1^eéd.) — Encadré

Par capture - recapture (3)

Population totale N

Nombre d’animaux capturés et marqués la première fois

Nombre total d’animaux capturés la seconde fois Nombre d’animaux marqués (recapturés)

=

*

Nombre d’animaux capturés et marqués la première fois Nombre total d’animaux

capturés la seconde fois Nombre d’animaux marqués (recapturés)

=

Population totale N On suppose

les proportions suivantes :

Donc

b) Une distribution

(2^e caractéristique des populations)

La distribution est le mode de répartition des individus à l'intérieur des limites géographiques de la population.

Modes de distribution Définition

Petits paquets d’individus concentrés à certains endroits En agrégats

Uniforme Aléatoire

Répartition égale sur le territoire Répartition au hasard sur le territoire

DISTRIBUTION EN AGRÉGATS

Campbell : 1236 (3^eéd.) — figure 52.03 ax

À cause des ressources concentrées dans des parcelles (végétaux)

À cause du comportement sexuel et social (animaux) 8

(9)

Des manchots se disputent chacun un petit emplacement.

À cause de la concurrence pour l’eau et les sels minéraux (végétaux).

À cause de la concurrence pour une ressource (animaux).

DISTRIBUTION UNIFORME

Campbell : 1236 (3^eéd.) — figure 52.3

DISTRIBUTION ALÉATOIRE

Les arbres de la même espèce sont souvent distribués de façon aléatoire dans les forêts tropicales humides.

Les graines de pissenlit se posent au hasard avant de germer.

À cause de l’absence d'attirance ou de répulsion entre les organismes. Mode de distribution plutôt rare.

7. Les facteurs démographiques

Les facteurs démographiques sont les facteurs qui influencent la taille future d’une population.

Pyramide des âges de la population du Québec, 1 juillet 2006

a) La structure d'âge de la population (1

^ier

facteur démographique)

• Est constituée des différentes classes d’âges.

• Révèle l'histoire récente des naissances et des décès.

• N’est pas statique.

• Permet de prévoir la taille future d’une population.

Taille future prévisible de trois populations

Accroissement rapide Afghanistan

Accroissement lent États-Unis

Décroissance Italie

Pourcentage de la population totale Pourcentage de la population totale Pourcentage de la population totale

Hommes Femmes

8 6 4 2 0 2 4 6 8 8 6 4 2 0 2 4 6 8 8 6 4 2 0 2 4 6 8

85⁺ 80-84 75-79 65-69 60-64 55-59 50-54 45-49 40-44 35-39 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 5-9 0-4

Correspond à la proportion mâles / femelles dans la population.

La proportion la plus avantageuse pour l’accroissement de la population varie selon le mode d’accouplement.

Espèce où un mâle s'accouple avec une seule femelle.

Situation la plus avantageuse : autant de mâles que de femelles.

Cas des Bernaches du Canada.

Cas d’une espèce monogame

Source

Cas d’une espèce polygame

Espèce où un mâle s'accouple avec plusieurs femelles.

Situation la plus avantageuse : plus de femelles que de mâles.

Cas de l'Orignal.

b) La répartition par sexe des individus dans la population (2^e facteur démographique)

Source

9

(10)

Correspond à l’ensemble des caractéristiques qui influent sur la reproduction et la survie de l'organisme (jalonné par la naissance, la reproduction et la mort).

Détermine le potentiel biotique ou potentiel de reproduction (capacité à survivre et à se reproduire).

Le potentiel biotique sera d’autant plus grand que :

Le temps de génération estcourt (temps entre la naissance et la première reproduction).

La taille des portées est grande (beaucoup de rejetons dans la portée).

Les épisodes de reproduction sont nombreux.

c) Le cycle biologique ou cycle de vie de l’espèce (3^e facteur démographique)

Correspond à la capacité à survivre, et donc à la tendance à mourir, d'une certaine cohorte (groupe d'individus du même âge) en fonction de l'âge.

Est exprimé de deux façons par les démographes : d) Le taux de survie de l’espèce

(4^e facteur démographique)

Courbes de survie

Courbe de type II Mortalité constante.

Oiseaux, Hydres, écureuils Courbe de type I

Meurent plus en fin de vie.

Humains, gros mammifères

Courbe de type III

Meurent plus en début de vie.

Huîtres, poissons

Table de survie

Campbell : 1237 (3^eéd.) —Tableau 52.1

Table de survie d’une cohorte de spermophiles (écureuils), en Californie

Nombre d’individus vivants au début de l’intervalle

Nombre d’individus vivants au début de l’intervalle Proportion

de survivants au début de l’intervalle

Proportion de survivants au début de l’intervalle

Nombre de morts pendant l’intervalle

Taux de mortalité Espérance

de vie supplé- mentaire (années) Nombre de

morts pendant l’intervalle

Taux de mortalité Espérance

de vie supplé- mentaire moyenne (années) Âge

(années)

Femelles Mâles

8. Le modèles d’accroissement démographique exponentiel

1. Décrit l'accroissement d'une population vivant dans un milieu idéal (milieu possédant toutes les ressources nécessaires : nourriture, gîte et couvert, en quantité).

3. Prédit que si rien ne freine la croissance d'une population (le milieu est idéal), celle-ci s'accroît de plus en plus vite : plus les individus sont nombreux, plus ils produisent de rejetons et plus il y a de rejetons, plus ils se reproduisent faisant augmenter la population encore plus.

4. Produit une courbe en J (courbe exponentielle) : courbe qui débute un peu lentement car la population est peu nombreuse au début mais qui devient rapidement abrupte.

5. Modèle qui reflète le potentiel biotique de la population ; les membres se reproduisent « à pleine capacité » .

Taille de la population (N)

L’accroissement est plus lent au départ car la population est petite.

L’accroissement est de plus en plus rapide car il dépend autant de rr que de N.

Temps (t) Équation exprimant le modèle exponentiel

=

Taux maximal d’accroissement pour l’espèce = taux intrinsèque d’accroissement = potentiel biotique

r maximum r maximum

Variation de la taille de la population pendant une période très courte

d N d t

Nombre d’individus dans la population au début de la période

N

10

(11)

• Soit une population hypothétique vivant dans un milieu idéal.

• La taille de la population augmente chaque fois qu’un organisme naît et diminue chaque fois qu’un organisme meurt.

d N = r maximumr maximum N

Démonstration de l’équation d t

r maximum = taux d'accroissement démographique de la population N = nombre d’individus dans la population

Variation de la taille de la population (pendant la période étudiée)

Nombre absolu de naissances pendant la période

Nombre absolu de morts pendant la période

= -

! N = B (birth) - M (mortality)

! t

= (b - m ) N

= rr maximum N

dN = b (taux de natalité) * N - m (taux de mortalité) * N dt

Noté pour un très court instant

Peut avoir une valeur positive (plus de naissances), nulle (naissances = morts) ou négative (plus de morts)

• Soit une population hypothétique composée de 1000 individus vivant dans un milieu idéal.

• Il y a 34 naissances et 16 morts par année.

• Quel est son taux d’accroissement intrinsèque ?

r maximum = (b - m)

= 34/ 1000 - 16/ 1000 = 18 / 1000

= 0,018

Problème no 1 Problème no 2

• Soit une population hypothétique composée de 1500 individus.

• Son taux de natalité est de 0,37 et son taux de mortalité est de 0,25.

• Combien y aura-t-il de naissances et de morts durant l’année ?

B (naissances) = b N = 0,37 * 1500 = 555 naissances M (morts) = m N

= 0,25 * 1500 = 375 morts

Comparaison de l'accroissement exponentielle de deux populations dont les valeurs de r diffèrent

r = 1,0

r = 0,5

Campbell : 1241 (3^eéd.) — figure 52.9

La population d’éléphants dans le Kruger National Park, en Afrique du Sud a crû de façon exponentielle pendant environ 60 ans après les mesures pour les protéger de la chasse. Actuellement des mesures sont prises pour limiter leur population car ils n’ont plus rien à manger à cause de leur trop grand nombre.

Campbell : 1241 (3^eéd. Française) — figure 52.10

1. Aucune population ne peut croître indéfiniment parce que

l'environnement (abiotique et biotique) limite son potentiel biotique en provoquant une diminution des taux de natalité et une augmentation des taux de mortalité.

2. Les conditions environnementales qui limitent le potentiel biotique d'une population sont regroupées sous le terme de résistance du milieu (nourriture, température, refuges, relations avec les autres espèces, relations à l'intérieur de l'espèce, maladies, parasites …) 3. Le nombre maximal d'individus

d'une population stable qui peut vivre dans un milieu au cours d'une période relativement longue est la capacité limite du milieu.

La croissance exponentielle ne se produit pas habituellement dans la nature ni au laboratoire

La croissance exponentielle peut se produire durant certaines périodes et dans certaines conditions

1. Des espèces exotiques s'introduisent dans un nouveau milieu où les prédateurs et les compétiteurs sont absents. L'étourneau sansonnet et le moineau domestique ont subi, une fois introduits en Amérique du Nord, des explosions de populations.

2. Une espèce pionnière — comme le pissenlit (espèce ayant de grandes capacités de reproduction et de dispersion) s'introduit dans un champ abandonné.

3. Des bactéries envahissent le tube digestif d'un nouveau-né.

4. Des décomposeurs envahissent un cadavre animal ou végétal.

11

(12)

9. Le modèles d’accroissement démographique logistique

1. Décrit l'accroissement d'une population vivant dans un milieu réel (milieu possédant une quantité limitée de ressources et qui peut ne supporter qu’un certain nombre d’individus (capacité limite du milieu ou K).

2. Prédit qu'une population (dans son milieu réel) s'accroît de moins en moins vite au fur et à mesure qu'elle s'approche de la capacité limite (k) pour finir par se stabiliser autour de celle-ci.

3. Produit une courbe en S (courbe sigmoïde) : courbe qui débute un peu lentement car la population est peu nombreuse au début, qui s'accélère ensuite (petite période exponentielle) mais qui ralentit ensuite puis se stabilise à cause de la résistance du milieu qui devient de plus en plus grande au fur et à mesure que la taille augmente.

4. Modèle qui reflète la capacité du milieu à freiner la croissance d’une population.

Taille de la population (N) L’accroissement est plus lent au départ car la population est petite.

Temps (t)

La croissance ralentit.

Une petite période de croissance exponentielle.

La croissance cesse.

CAPACITÉ LIMITE (k) Équation exprimant le modèle logistique

= r maxr max

Taux maximal d’accroissement pour l’espèce (taux intrinsèque d’accroissement maximum)

d N d t

Variation de la taille de la population pendant une courte période

N

Nombre d’individus dans la population au début de la période

K - N K

•Facteur de réduction de r maximum

•Pourcentage de la population maximale qui peut encore s’ajouter.

20 250 500 750 1000 Taille des 5 populations

(N)

(0,05 * 0,98) 20 = + 1 (0,05 * 0,75) 250 = + 9 (0,05 *0,50) 500 = + 13 (0,05 * 0,25) 750 = + 9 (0,05 * 0,00) 1000 = 0 Variation de la taille de la population !N = r max [ K - N ] N K 1 000 - 20 / 1 000 = 0,98

1 000 - 250 / 1 000 = 0,75 1 000 - 500 / 1 000 = 0,50 1 000 - 750 / 1 000 = 0,25 1 000 - 1 000 / 1 000 = 0,00

Facteur de diminution de r maximum

K - N K

Accroissement démographique logistique de 5 populations hypothétiques dont r = 0,05 par individu et par année et où K = 1000 individus.

Campbell : 1244 (3^eéd.) — Tableau 52.13

Campbell : 1244 (3^eéd.)

— Figure 52.13 L’accroissement d’une population de paramécies dans de petites cultures aux conditions constantes est quasi conforme au modèle logistique .

Le modèle logistique s’applique assez bien aux populations naturelles mais avec certaines limites

Tout ajout d'individu n'a pas le même effet négatif sur le taux d'accroissement d'une population.

La survie et la reproduction des petites populations est plus difficile.

1. Effet Allee Exemples

• Les oiseaux de mer ont besoin d'une stimulation sociale pour se reproduire.

• Lorsque les rhinocéros sont rares, ils ont de la difficulté à se trouver pour se reproduire.

Dans de nombreuses populations, la taille peut dépasser la capacité limite durant un certain temps puis diminuer ensuite (oscillation autour de la courbe).

2. Oscillations autour de la courbe Exemple

Les daphnies en culture ont dépassé la capacité limite du milieu.

Le modèle prévoit que les populations atteignent la capacité limite du milieu, mais bien souvent elles demeurent en deçà du seuil à cause des facteurs abiotiques du milieu.

3. Effet du milieu

Exemple

Les insectes et les Bruants chanteurs de la Colombie-britannique sont tués par le froid avant de subir une véritable explosion démographique.

10. La sélection naturelle favorise les meilleurs cycles biologiques, ceux qui assurent la survie maximale de l’organisme ainsi que la reproduction maximale de l’espèce (via un potentiel biotique maximal)

Le saumon du Pacifique (Oncorhynchus kisutch) est sémelpare. Il revient en eau douce pour se reproduire puis meurt après la fraie.

La sémelparité [sémel (une fois) parité (engendrer)] est le cycle où l’individu produit un très grand nombre de rejetons en une seule fois puis meurt.

Image Campbell : 1239 (3^eéd.) — Figure 52.6 L’Agave (Agave

shawii) profite d’une rare année où il pleut pour se reproduire puis elle meurt.

Cycle sémelpare

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Le lézard vert (Lacerta bilineata) est itéropare. Il pond quelques gros œufs chaque année, dès lâge de deux ans.

L’itéparité [Itéro (répéter) parité (engendrer)] est le cycle où l’individu se reproduit de nombreuses fois.

Le lézard vert grimpe volontiers aux arbres (France)

La sélection naturelle favorise les cycles sémelpares dans les milieux où les conditions sont variables ou imprévisibles. La production d’un grand nombre de rejetons augmente la probabilité de survie d’au moins quelques-uns d’entre eux.

La sélection a donc favorisé la reproduction de l’espèce au détriment de l’individu.

La sélection naturelle favorise les cycles itéropares dans les milieux où les conditions sont stables. La production d’un petit nombre de rejetons relativement gros et bien nourris augmente leur chance de survie mais aussi augmente la chance de survie des parents car cela leur demande moins d’énergie. La sélection favorise donc la reproduction de l’espèce mais aussi celle de l’individu.

Cycle itéropare

Il y a un compromis à faire entre la reproduction et la survie. Aucun organisme ne peut produire autant de rejetons qu’une espèce sémelpare et les nourrir aussi bien qu’une espèce itéropare. Les organismes ont une allocation énergétique limitée. (On ne peut pas tout faire.)

Campbell : 1239 (3^eéd.)

— Figure 52.7

Taux de survie des faucons crécerelles en fonction de la taille de leurs couvées

Mâles Femelles

Nombre de rejetons moins élevé

Couvées normales

Nombre de rejetons plus élevé

En preuve, quand des individus investissent plus dans leur reproduction, leur chance de survie est moins grande !

La reproduction augmente mais la survie baisse.

100 80 60 40 20 0

Les cycles biologiques sont des compromis

1. Espèces généralement de petite taille.

2. Se développent rapidement en produisant un grand nombre de rejetons en une seule reproduction.

3. Faible survie des rejetons avec population plutôt fluctuante.

4. Dites à sélection r car elles connaissent des périodes d'accroissement

exponentiel.

5. Leur taux d'accroissement tend vers r maximum.

Les Animaux et les Végétaux dont les jeunes sont sujets à un taux de mortalité élevé engendrent souvent beaucoup de jeunes de petite taille.

Parfois qualifiées d’espèces opportunistes.

Produisent de nombreuses graines dont quelques unes seulement atteindront un milieu favorable.

Cas des Animaux qui sont soumis à une intense prédation

Cas des plantes pionnières qui colonisent les milieux perturbés

Campbell : 1240 (3^eéd.) — Figure 52.8 Lemmus lemmus

Lemming de Norvège

Les Animaux et les Végétaux dont les jeunes ont plus de chances de survie engendrent moins de rejetons et ils sont de plus grande taille.

Parfois qualifiées d’espèces spécialistes.

Cas du cocotier (Cocos nucifera)

Cas des Animaux qui donnent des soins parentaux

Pan paniscus

Bonobo ou chimpanzé pygmée

1. Espèces généralement de grande taille.

2. Se développent lentement produisant, à répétition, un petit nombre de rejetons vigoureux.

3. Bonne survie des rejetons.

4. Population plutôt stable.

5. Dites à sélection K car leurs effectifs se stabilisent aux alentours de la capacité limite du milieu.

Produit un petit nombre de très grosses graines ayant de grandes réserves qui favorisent la survie des jeunes plants.

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(14)

11. Les facteurs qui régularisent (contrôlent) la taille des populations A- Facteurs dépendants de la

densité

1. Facteurs relatifs aux êtres vivants comme la compétition

(intraspécifique et interspécifique), l’effort de prédation, la transmission des maladies, le stress

psychologique… (facteurs biotiques)

2. Élèvent la mortalité dans la population tout en abaissant la croissance et la vigueur des individus de même que leur taux de reproduction.

Le contrôle de la taille d’une population par ces facteurs «dépendants de la densité» est qualifié de rétro-inhibition.

3. Facteurs dont l’effet s’amplifie avec l'augmentation de la densité de la population.

Plus il y a d'individus, plus il y a de : de compétition (pour le territoire, la nourriture, les femelles …), de prédation (cela devient rentable énergétiquement pour les prédateurs de s'attaquer à des proies nombreuses), de maladies (la promiscuité favorise la transmission des maladies et des parasites) et de stress

psychologique (affecte les taux de survie et de reproduction).

Plus les plantains sont nombreux, moins ils produisent de graines.

Cas du Grand Plantain

Plus les oiseaux sont nombreux, moins ils produisent d’œufs.

Cas du Bruant chanteur

Certaines populations deviennent de moins en moins fécondes au fur à mesure que leur densité augmente car il y a plus de compétition pour les nutriments et les autres ressources.

De nombreux vertébrés et quelques invertébrés limitent leur population en s'appropriant un espace physique (territorialité).

Les «Fous de Bassan»

sans territoire ne se reproduiront pas.

Le Guépard marque son territoire.

Certaines populations démontrent une baisse de la vigueur et de la survie lorsque leur densité augmente (santé).

Le nombre de vers de farine qui atteignent la maturité diminue lorsque la densité de la population est forte (par cannibalisme des œufs).

Cas des vers de farine

Nombre de plants au m2 10,0

1

,1

10 100 10 000

0

Cas de l’amaranthe

Source

La masse moyenne de l’amaranthe diminue avec l’augmentation de la densité.

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Pour certaines populations, la prédation constitue un important régulateur de la densité.

Cratère du Ngorongoro en Tanzanie

Certaines populations démontrent un syndrome intrinsèque de stress lorsque leur densité augmente.

Une population plus dense subit plus de prédation car cela est rentable (énergétiquement parlant) pour leurs prédateurs.

Cas du GNOU

Source Cas de la

Souris à pattes blanches

Lorsque la population de souris atteint une taille de 30 à 40 individus, sur une petite parcelle, un syndrome de stress se développe. Des changements hormonaux (cortisol) retardent la mâturation sexuelle, atrophient les organes génitaux et affaiblissent le système immunitaire. La population tombe de façon dramatique.

Peromyscus leucopus

B- Facteurs indépendants de la densité

1. Facteurs relatifs à

l’environnement comme des changements saisonniers, des incendies, des ouragans

… . (facteurs abiotiques)

2. Facteurs qui élèvent la mortalité et abaissent la natalité, peu importe la densité de la population.

En Australie, les populations d’insectes du genre Thrips se nourrissent de fleurs et s’accroissent rapidement au printemps.

Cependant, elles diminuent abruptement avant d’atteindre la capacité limite du milieu au cours de l’été sec, moment où la plupart des fleurs meurent.

Cas du Thrips

Source

12. L’abondance d’une population est régulée par une interaction complexe d’influences biotiques et abiotiques (objet d’étude de la dynamique des populations)

Des fluctuations irrégulières. Toutes les populations peuvent présenter à long terme des fluctuations importantes de leurs effectifs en raison des effets des facteurs dépendants et indépendants de la densité, qui se superposent.

La population du crabe dormeur (une espèce commerciale au Canada) montre des fluctuations irrégulières à cause du cannibalisme qui augmente avec la densité et des courants océaniques imprévisibles qui entraînent les larves trop loin au large.

Cas du Crabe dormeur

1950 1960 1970 1980 1990

730 000

100 000

10 000

Baisse due à la prédation par le loup gris (73-83)

Baisse due à un hiver rigoureux (95-96)

La population d'orignaux de l'île Royale, dans le lac Supérieur, a connu deux augmentations et diminutions majeures au cours des 40 dernières années.

Cas des Orignaux

1960 1970 1980 1990 2000 2 500

2 000 1 500 1 000 500

Cycle de 10 ans du lièvre et du lynx

Ce cycle serait un effet combiné de la prédation excessive par le lynx mais aussi par d’autres

prédateurs qui se tournent les uns contre les autres quand la nourriture est rare et, d’un manque de nourriture pour le lièvre en hiver.

Une fluctuation régulière : les cycles démographiques Plusieurs populations connaissent des cycles d’augmentation et de

diminution d’une remarquable régularité.

160 120 80 40

0 1850 1875 1900 1925 Lièvre d’Amérique

Lynx du Canada

Taille des populations de lièvres (en milliers) Taille des populations de lynx (en milliers) 9 6 3 0

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(16)

13. La population humaine s’approche-t-elle de sa capacité limite ?

Peste

8 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 1 000 2 000 av. J.-C. apr. J.-C.

6 5 4 3 2 1 0

Taille de la population humaine en milliards

Pourcentage d’augmentation de la population humaine mondiale

2,19% en 1962

1,16% en 2003

1 950 1 975 2 000 2 025 2 050

En 1679, Anton Van Leeuwenhoek évalua que la capacité limite de la Terre était de 13,4 milliards de personnes. À l’heure d’aujourd’hui ces chiffres semblent très valables.

Le rythme d’accroissement de la population mondiale diminue. Comment expliquer cela à l’aide de l’équation logistique ?

Que ce soit pour se nourrir, se déplacer, se loger ou gérer nos déchets, nous consommons des ressources naturelles. Tout va bien tant que nous ne prenons pas plus que ce que la Terre peut nous donner. Mais comment savoir si nous consommons plus ? C’est à cette question que tente de répondre l’empreinte écologique.

Votre empreinte écologique est une estimation de la superficie dont la Terre a besoin pour subvenir à vos besoins, selon le mode de vie. Votre empreinte écologique vous permet de mesurer votre influence directe sur la nature.

Calcule ton empreinte écologique

FIN

Parties 1 et 2 :

Révision du chapitre 50 : p.1198, concept 50.2

Partie 3 :

Révision du chapitre 52 : pp. 1254 et 1255

Retour sur les concepts du chapitre 52 : 52.1, 52.3 à 52.6 Autoévaluations du chapitre 52 : 1 à 10

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