Biologie 3

Biologie 3

Par John Kiogora MWORIA

African Virtual university Université Virtuelle Africaine Universidade Virtual Africana

Biologie 3

Écologie

NOTE

Ce document est publié sous une licence Creative Commons.

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http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/

License (abréviation « cc-by »), Version 2.5.

I. Biologie 3, Écologie _________________________________________ 3 II. Prérequis_________________________________________________ 3 III. Durée ___________________________________________________ 3 IV. Matériel didactique _________________________________________ 3 V. Justification_______________________________________________ 4 VI. Vue d’ensemble ____________________________________________ 4 6.1 Plan __________________________________________________ 5 6.2 Représentation graphique _________________________________ 5 VII. Objectifs généraux _________________________________________ 6 VIII. Objectifs spécifiques d’apprentissage ___________________________ 6 IX. Activités d’enseignement et d’apprentissage ______________________ 8

9.1 Test de connaissances ___________________________________ 8 9.2 Réponses ____________________________________________ 10 9. Commentaires pédagogiques ______________________________ 11 X. Concepts-clés (glossaire) ___________________________________ 12 XI. Lectures obligatoires _______________________________________ 13 XII. Ressources multimédia _____________________________________ 16 XIII. Liens utiles ______________________________________________ 18 XIV. Activités d’enseignement et d’apprentissage _____________________ 22 XV. Synthèse du module _______________________________________ 79 XVI. Test sur le module ________________________________________ 81 XVII. Références bibliographiques _________________________________ 87 XVIII. Fiche d’évaluation de l’étudiant ______________________________ 88 XIX. À propos de l’auteur de ce module ____________________________ 88

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0 )PVSVNPLiJVSVNPL

Par le Dr John Mworia, Université du Nairobi

007YtYLX\PZ

Posséder un diplôme d’études secondaires, et avoir fait de la biologie contenant un peu d’écologie. Répondre aux conditions d’admission universitaire au pre- mier cycle.

000+\YtL

120 heures

0=4H[tYPLSKPKHJ[PX\L

Pour réussir ce module, vous devez avoir accès à un ordinateur et à Internet.

Vous devrez également vous procurer quelques outils de base pour exécuter la recherche sur le terrain (un mètre à ruban, une règle d’un mètre, un quadrant d’un PqWUHFDUUpGHV¿OHWVjLQVHFWHVGHVSLqJHVGH%DUEHUHWGHVPDUTXHXUV

Végétation alpine, mont Kenya©John Mworia

Autruche©John Mworia

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Dans ce module vous apprendrez comment les organismes interagissent entre eux et avec leur environnement. Il sera question de certains concepts-clés de l’écologie relatifs à l’organisation des organismes, à la croissance des populations et aux dynamiques des communautés, lesquels sont essentiels à tout bagage préuniver- sitaire en écologie. Ce module est conçu pour être distribué par l’intermédiaire des technologies de l’information. Une fois celui-ci complété, vous serez apte à élaborer des cours appropriés d’écologie et à poursuivre des études en sciences de l’environnement.

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Ce module est subdivisé en 5 unités, chacune comportant quatre activités d’ap- prentissage ou plus. Vous aurez tout d’abord une introduction à l’écologie par O¶LQWHUPpGLDLUHGHODGp¿QLWLRQGHVHVGLIIpUHQWHVEUDQFKHVHWGHVDWHUPLQRORJLH

Nous verrons ensuite comment les organismes sont organisés en populations et en communautés, et les différents facteurs qui induisent leurs transformations à travers le temps. La manière dont les organismes interagissent entre eux affecte grandement leurs populations. Il sera donc question d’étudier les différents types de relations qu’entretiennent les populations et les implications qui en résultent.

Une fois que nous aurons vu comment les organismes sont organisés en niveaux de population et de communauté, nous nous pencherons sur les interactions qui s’opèrent entre eux et leur environnement par l’étude de deux processus fonda- PHQWDX[GHVpFRV\VWqPHVOHVÀX[G¶pQHUJLHHWOHVF\FOHVELRJpRFKLPLTXHV,O

vous sera alors demandé de mettre en pratique les concepts écologiques appris D¿QG¶DQDO\VHUODVWUXFWXUHHWOHIRQFWLRQQHPHQWGHFHUWDLQHVFRPPXQDXWpVGH

végétations africaines. Nous conclurons notre étude par une évaluation de l’im- pact écologique de l’activité humaine qui entraîne souvent la dégradation des KDELWDWVFRQVpTXHQFHGHODGpIRUHVWDWLRQGHODGpVHUWL¿FDWLRQHWG¶XQHUpGXFWLRQ

de la biodiversité.

Une bande de gnous©John Mworia

6.1 Plan

Unité Nombre d’heures

1.0 Introduction aux concepts écologiques 20

2.0 Écologie des populations 30

3.0 Écologie des communautés 30

4.0 Écologie des écosystèmes 30

5.0 Protection des ressources naturelles 10

6.2 Représentation graphique

Étudiants en écologie de John Mworia



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Les objectifs généraux sont :

• Maîtriser les concepts fondamentaux de l’écologie des populations et des communautés

• Comprendre le rôle des variables environnementales dans la répartition des espèces

• Connaître les principes de base de la protection des ressources naturelles

VIII. Objectifs spécifiques d’apprentissage

Unité 1 : Introduction aux concepts écologiques

¬OD¿QGHFHWWHXQLWpYRXVGHYULH]SRXYRLU

‡ Gp¿QLUODVFLHQFHGHO¶pFRORJLHHWGpFULUHVHVGLIIpUHQWHVEUDQFKHV

‡ LGHQWL¿HUOHVSULQFLSDX[IDFWHXUVELRWLTXHVHWDELRWLTXHVGHO¶pFRORJLH

‡ H[SOLTXHUODPDQLqUHGRQWOHVFRPSRVDQWHVHQYLURQQHPHQWDOHVLQÀXHQWVXU

la répartition des espèces.

Unité 2 : L’écologie des populations

¬OD¿QGHFHWWHXQLWpYRXVGHYULH]SRXYRLU

• Expliquer les principes fondamentaux de la sélection naturelle et de la spéciation

• expliquer les modèles conceptuels et mathématiques décrivant la croissance des populations

• décrire les types d’interactions des populations, dont la compétition, la prédation et la symbiose.

Étudiants en écologie de John Mworia

Unité 3 : L’écologie des communautés (synécologie)

¬OD¿QGHFHWWHXQLWpYRXVGHYULH]SRXYRLU

• décrire la structure des communautés

• décrire les stades relatifs aux dynamiques des communautés de plantes

‡ Gp¿QLUODVWUXFWXUHHWOHV¿QDOLWpVGHVSULQFLSDOHVFRPPXQDXWpVGHYpJpWDWLRQ

de l’Afrique

Unité 4 : L’écosystème

¬OD¿QGHFHWWHXQLWpYRXVGHYULH]SRXYRLU

‡ LGHQWL¿HUOHVYDULDEOHVTXLLQÀXHQWVXUOHVSURGXFWLYLWpVSULPDLUHVDTXDWLTXH

et terrestre

• expliquer le concept de niveaux trophiques à l’intérieur des écosystèmes

• décrire le processus du cycle biogéochimique des écosystèmes terrestres

Unité 5 : La protection des ressources naturelles

¬OD¿QGHFHWWHXQLWpYRXVGHYULH]SRXYRLU

‡ Gp¿QLUODELRGLYHUVLWpHWpQXPpUHUVHVGLIIpUHQWVLQGLFHVGHPHVXUH

• exposer les grandes lignes de la dégradation des différents habitats en Afri- que et des méthodes de restauration

‡ H[SRVHUOHVJUDQGHVOLJQHVGHVSURFHVVXVOLpVjODGpVHUWL¿FDWLRQHWDXUp- chauffement climatique

0?(J[P]P[tZK»LUZLPNULTLU[L[K»HWWYLU[PZZHNL

9.1 Test de connaissances

L’enrichissement des connaissances dépend de ce que l’on connaît déjà à propos d’un sujet avant d’en entreprendre une étude appro- fondie. Le test qui suit permettra d’évaluer vos connaissances rela- tivement au contenu de ce module.

QUESTIONS

Cochez la réponse juste

1. En écologie, le terme « population » fait référence à : a) Tout individu d’une espèce sur un même territoire.

b) Plusieurs individus de plusieurs espèces sur plusieurs territoires.

c) Tous les individus d’un territoire donné.

d) Tous les individus d’une même espèce sur un même territoire.

2. Le commensalisme est un type de relation entre deux organismes dans lequel : D/HVGHX[RUJDQLVPHVSUR¿WHQWGHODUHODWLRQ

b) Les deux organismes subissent des pertes dans la relation.

F8QGHVRUJDQLVPHVSUR¿WHGHODUHODWLRQDORUVTXHO¶DXWUHQ¶HVWDXFXQHPHQW

affecté.

G8QGHVRUJDQLVPHVSUR¿WHGHODUHODWLRQDORUVTXHO¶DXWUH\SHUG

3. Les plantes ont besoin de certains éléments nutritifs appelés macro-éléments, qui sont des nutriments :

a) Extraits du sol.

b) Mis en réserve dans la tige de la plante.

c) Nécessaires en grande quantité.

d) Perdus au cours d’excrétion en grandes quantités.

Antilopes sing-sing de John Mworia

4. Le terme chaîne alimentaireHQpFRORJLHVLJQL¿H

DO¶XWLOLVDWLRQ GX UD\RQQHPHQW SKRWRV\QWKpWLTXHPHQW DFWLI 53$ D¿Q GH

produire de la nourriture.

b) l’illustration du transfert de nourriture en commençant par le premier pro- ducteur.

c) les stades par lesquels les nutriments passent avant d’être utilisés pour la production de nourriture.

d) l’illustration des mouvements de l’eau à l’intérieur de l’écosystème.

5. Ce facteur n’affecte pas la croissance des plantes a) la quantité de nutriments dans la troposphère.

b) la pression atmosphérique.

c) la quantité d’eau dans le sol.

d) le niveau de dioxyde de carbone dans l’atmosphère.

6. Les écologistes considèrent une espèce comme disparue : a) lorsqu’on ne la retrouve plus en forêt.

b) lorsqu’il reste moins de 10 individus.

c) lorsqu’elle a migré vers un nouvel habitat.

d) lorsqu’elle ne se trouve plus sur Terre.

7. Le climax d’une communauté de plantes est :

a) la communauté de plantes au sommet d’une montagne.

b) la communauté de plantes qui repousse après la coupe d’une forêt.

c) la dernière communauté de plantes d’une succession écologique.

d) la première communauté de plantes d’une succession écologique.

8. Les eaux eutrophique sont :

a) des eaux qui contiennent du magnésium comme seul nutriment.

b) des eaux pauvres en nutriments.

c) des eaux qui contiennent du calcium comme seul nutriment.

d) des eaux riches en nutriments.

/HWHUPH©SURGXFWLRQSULPDLUHQHWWHªVLJQL¿HHQpFRORJLH

a) la production primaire annuelle.

b) la somme de la production primaire brute et de l’énergie utilisée pour la respiration.

c) la production primaire quotidienne.

d) la production primaire brute moins l’énergie utilisée pour la respiration.

10. Le rôle de la litière des plantes dans le cycle biogéochimique est : a) Elle ne joue aucun rôle.

b) d’agir comme réserve des nutriments.

c) de favoriser le transfert des nutriments depuis les plantes vers le sol.

d) de favoriser le transfert des nutriments depuis les plantes vers les feuilles.

11. La diversité des espèces d’un territoire donné fait référence : a) Au nombre total d’individus sur ce territoire.

b) Au nombre moyen d’individus sur ce territoire.

c) Au nombre total d’espèces sur ce territoire.

d) Au nombre total d’individus de chacune des populations.

8QDQLPDOTXLPDQLIHVWHXQFRPSRUWHPHQWWHUULWRULDOVLJQL¿H

a) Qu’il n’a pas de domaine vital propre.

b) Qu’il défend une partie de son domaine vital.

F4X¶LOHVWFRQ¿QpjXQKDELWDW

d) Qu’il ne migre pas.

9.2 Réponses

1. D. Population fait référence aux individus d’une même espèce 2. C. Il s’agit d’un type de relation symbiotique

3. C. Certains macro-éléments contiennent de l’azote. Les micro-éléments sont ceux requis en petites quantités

%8QH[HPSOHGHFKDvQHDOLPHQWDLUHSRXUUDLWrWUHJD]RQÁDQWLORSHÁOLRQ 5. A. Il n’y a pas de nutriment dans la troposphère

6. D : Une espèce est dite disparue lorsqu’on ne la retrouve ni en captivité ni à l’état sauvage où que ce soit sur Terre.

&/HFOLPD[G¶XQHFRPPXQDXWpHVWOHSURGXLW¿QDOG¶XQHVXFFHVVLRQpFRORJLTXH

GHSODQWHVHWFHODVLJQL¿HXQpWDWVWDEOHGHVFRQGLWLRQVH[LVWDQWHV

8. D. Les eaux eutrophiques sont riches en nutriments à cause de la pollution industrielle ou de celle résultant de l’agriculture

9. D. La production primaire brute est l’énergie totale captée alors que la produc- tion primaire nette est ce qui en reste après la respiration

10. C. La litière est faite des feuilles mortes et des débris végétaux en décompo- sition qui recouvrent et nourrissent le sol.

11. C. Quand il s’agit de diversité, le nombre total d’espèces est déterminant

%/HFRPSRUWHPHQWWHUULWRULDOVHPDQLIHVWHORUVTX¶XQDQLPDORXXQJURXSH

d’animaux défend une partie de son domaine vital

9.3 Commentaires pédagogiques

The preassessment is drawn from your secondary biology. The area of commu- nity dynamics which is tested in question 7 is very wide and it’s expected to have been exhaustively covered in secondary school level. If you score below 60% it is recommended that you review your high school level biology before proceeding with this module.

?*VUJLW[ZJStZNSVZZHPYL

ESPÈCE

Groupe d’individus pouvant se reproduire entre eux.

POPULATION

Groupe d’individus de la même espèce sur un territoire géographique donné.

COMMUNAUTÉ

Tous les individus de toutes les populations sur un territoire donné qui interagissent entre eux.

ÉCOSYSTÈME

Ensemble composé d’une communauté d’organismes en interaction entre eux et avec des facteurs biotiques et abiotiques qui les entourent.

PRODUCTION PRIMAIRE

7DX[GHSURGXFWLRQGHPDWLqUHRUJDQLTXH¿[pHSDUODSKRWRV\QWKqVHSDUXQLWpWHUUL- toriale, par unité de temps).

Unité : g m-2 an-1 ou g m-1

DIVERSITÉ BIOLOGIQUE / BIODIVERSITÉ

Ces termes font à la fois référence à la diversité des espèces et à la variation génétique au sein de celles-ci.

FAUNE

Ensemble des espèces animales présentes dans un espace géographique ou un éco- système donné.

FLORE

Ensemble des espèces végétales présentes dans un espace géographique ou un éco- système donné.

ENDÉMIQUE

Taxon ou espèce restreint à une certaine région géographique et qu’on ne retrouve nulle part ailleurs. Une telle espèce est dite endémique à la région.

BIOTE

Ensemble des végétaux et animaux d’un lieu donné.

PRODUCTION PRIMAIRE BRUTE

(Pg) Matière organique totale créée (incluant celle utilisée pour la respiration) dans une unité territoriale, par unité de temps (g m-2 d-1).

SUCCESSION (ÉCOLOGIQUE)

Processus par lequel une communauté de plantes remplace graduellement ou rapide- PHQWXQHDXWUH/HVFRPPXQDXWpVSLRQQLqUHVPRGL¿HQWO¶KDELWDWIDYRULVDQWO¶LQYDVLRQ

d’autres communautés qui les remplaceront éventuellement.

PROTECTION

Gestion des ressources naturelles ayant pour but la restauration et le maintien de l’équilibre entre les besoins humains et ceux d’autres espèces.

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Lecture #1

Référence complète : http/en.wikibooks.org/wiki/Ecology/introduction Titre : Introduction to basic ecology

Date de consultation : 28 août 2006

Résumé : Le résumé qui suit est extrait et traduit de la référence mentionnée ci-dessus : L’écologie est l’étude des animaux et des plantes dans leurs relations entre eux et avec leur environnement. Le terme oekologie (écologie) a été créé en 1866 par le biologiste allemand Ernst Haeckel, du grec oikos (maison, habitation) et logos (science, étude). L’écologie est donc l’étude du « ménage » de la nature.

L’écologie peut être considérée comme multidisciplinaire tellement son champ G¶pWXGHHVWYDVWH0DLVLOIDXWpYLWHUHQODGp¿QLVVDQWG¶rWUHSULVDXSLqJHGHVD

grande complexité. L’écologie comprend et recouvre plusieurs autres disciplines de la biologie et des sciences physiques. Il n’y a pas d’information au sujet de l’environnement naturel qui ne serait pas applicable à l’écologie. L’écologie est une science à la fois biologique et environnementale, ce qui devrait sembler pYLGHQWVLO¶RQVH¿WjODGp¿QLWLRQIRXUQLHSUpFpGHPPHQW3OXVLHXUVVFLHQFHVGH

l’environnement ont très peu de rapport avec la biologie (la météorologie par exemple) alors que d’autres (l’écotoxicologie par exemple) combinent obliga- toirement les sciences physiques et biologiques.

-XVWL¿FDWLRQ/HSUHPLHUFKDSLWUHGHFHOLYUHGRQQHXQHGp¿QLWLRQGHO¶pFRORJLH

et fait état de ses liens avec d’autres sciences. Il donne également une brève his- toire de l’écologie. Cette lecture est importante car elle aide à la compréhension de ce que représente toute l’étendue de l’écologie.

Lecture #2

Référence complète : http/en.wikibooks.org/wiki/Ecology Titre%DVLFHFRORJ\

Date de consultation : 28 août 2006

Résumé : Le premier chapitre débute en expliquant l’essence d l’écologie en tant que science : elle (l’écologie) est considérée comme l’étude des animaux et des plantes dans leurs relations entre eux et avec leur environnement. Le terme oekologie (écologie) a été créé en 1866 par le biologiste allemand Ernst Haec- kel, du grec oikos (maison, habitation) et logos (science, étude). L’écologie est donc l’étude du « ménage » de la nature. L’écologie peut être considérée comme multidisciplinaire tellement son champ d’étude est vaste. Mais il faut éviter, en ODGp¿QLVVDQWG¶rWUHSULVDXSLqJHGHVDJUDQGHFRPSOH[LWp/¶pFRORJLHFRPSUHQG

et recouvre plusieurs autres disciplines de la biologie et des sciences physiques.

Il n’y a pas d’information au sujet de l’environnement naturel qui ne serait pas applicable à l’écologie. L’écologie est une science à la fois biologique et envi- URQQHPHQWDOHFHTXLGHYUDLWVHPEOHUpYLGHQWVLO¶RQVH¿WjODGp¿QLWLRQIRXUQLH

précédemment. Plusieurs sciences de l’environnement ont très peu de rapport à la biologie (la météorologie par exemple) alors que d’autres (l’écotoxicologie par exemple) combinent obligatoirement les sciences physiques et biologiques.

Le chapitre 2 met principalement l’accent sur le stade de développement de O¶RUJDQLVDWLRQELRORJLTXHFRXYUDQWG¶LPSRUWDQWVVXMHWVWHOVOHVGp¿QLWLRQVIRQ- damentales, les théories Gaïa et l’information sur les espèces et les habitats (plus d’information sur ces sujets se retrouvent dans la lecture #3 de ce module). Il nous paraît important que vous preniez connaissance de ce que sont les stades de développement associés à une réponse environnementale et que vous soyez encouragé à travailler consciencieusement aux chapitres 3 et 4 où ces sujets sont WUDLWpVHWH[SOLFLWpV%LHQTXHOHVDWWHQWHVOLpHVjFHPRGXOHQ¶LPSOLTXHQWSDVTXH

YRXVpWXGLLH]OHUHVWHGXOLYUHHQSURIRQGHXULOYRXVVHUDLWWRXWGHPrPHSUR¿WDEOH

de parcourir son contenu et d’acquérir une bonne compréhension des principes et des pratiques de base de l’écologie en tant que science.

-XVWL¿FDWLRQ L’inclusion de ce livre en tant que lecture obligatoire vous apportera les connaissances de base nécessaires à la compréhension de l’écologie comme science et vous familiarisera aux principes et aux pratiques liés à ce champ de VSpFLDOLVDWLRQ(QSOXVGHGp¿QLUO¶pFRORJLHLOH[SOLTXHVHVUHODWLRQVDYHFOHV

autres sciences. L’auteur vous fournit également une brève histoire de l’écologie et explique ses règles et ses applications. La connaissance de ces bases demeure fondamentale dans les manifestations pratiques de la science.

Lecture #3

Référence complète : http:www.//marinebio.org/oceans/conservation/

moyle/ch3.asp

Titre : Climatic determinants of global patterns of biodiversity (Douglas A.

Kelt, 2004)

Date de consultation : août 2006

Résumé : Il vous est recommandé de lire les sections suivantes de l’article : Introduction, earth’s seasons, why does it rain so much in the tropics?, why are deserts located at 30o latitude. Cet article donne une analyse de la distribution mondiale de la biodiversité et expose la distribution du plus important système terrestre. Deux principales catégories de facteurs ont mené la distribution de la biodiversité à l’échelle mondiale : la première comporte des facteurs historiques et la deuxième de facteurs écologiques. Ce sont ces derniers qui nous intéressent dans le présent module. L’article explique pourquoi la distribution de la chaleur est inégale sur la planète. Cela implique la nature sphérique de la Terre, l’inclinaison de son axe, sa rotation et sa révolution. Finalement, l’article met en relation ces variations avec la biodiversité.

-XVWL¿FDWLRQ: Le lien donne une évaluation de la relation entre les facteurs clima- tiques et la distribution des espèces de plantes. La compréhension de la relation des composantes physiques de l’environnement avec la distribution des plantes est un objectif-clé de cette unité.

?009LZZV\YJLZT\S[PTtKPH

Ressource #1

Référence complète : Jeanne, Robert, Jan Cheetham, and the Transforming Teaching Through Technology (T4) Project staff. (2006). Evolution/Species and speciation. Retrieved November 2006. http://www.merlot.org/merlot/viewMa- terial.htm?id=83573

Résumé : Ce didacticiel-simulation est en trois parties. Dans la première partie, OHVpWXGLDQWVVHSHQFKHURQWVXUFLQTSRSXODWLRQVGHJUHQRXLOOHVD¿QGHGpFLGHU

si elles doivent être considérées comme des espèces distinctes en utilisant les FULWqUHVGHWURLVGHVFRQFHSWVGp¿QLVVDQWXQHHVSqFHELRORJLTXHPRUSKRORJLTXH

et phylogénétique. Les étudiants devront : 1) expliquer pourquoi les espèces sont SHUPDQHQWHVGDQVOHWHPSVHWO¶HVSDFHH[DPLQHUOHVGp¿QLWLRQVGHWURLVFRQFHSWV

Gp¿QLVVDQWXQHHVSqFHDYHFOHVIRUFHVHWOHVIDLEOHVVHVGHFKDFXQDQDO\VHUOHV

WUDLWVD¿QGHFODVVHUOHVSRSXODWLRQVHQHVSqFHVVHORQOHVWURLVFRQFHSWVGHO¶HVSqFH

HWDFTXpULUXQHFHUWDLQHIDPLOLDULWpDYHFOHVWURLVFRQFHSWVTXLGp¿QLVVHQWXQH

espèce, les arbres phylogénétiques, l’isolement reproductive. Dans la deuxième SDUWLH OHV pWXGLDQWV YRQW UpÀpFKLU DX[ pYpQHPHQWV GH VSpFLDWLRQ j SOXVLHXUV

moments au cours de la phylogénie des plantes du genre fuchsia. Les étudiants devront décider si la vicariance et la dispersion peuvent représenter des explica- tions plausibles des distributions passées et actuelles. Les étudiants devront : 1) LQWHUSUpWHUGHVGLVWULEXWLRQVSK\ORJpQLTXHVHWJpRJUDSKLTXHVD¿QGHGpWHUPLQHUGHV

modèles de spéciation; 2) intégrer la compréhension de la dérive des continents à la spéciation; 3) analyser les hypothèses qui cherchent à expliquer les modèles de spéciation et; 4) se familiariser avec les termes : allopatrie, sympatrie, radiation DGDSWDWLYHÀX[GHJqQHVYLFDULDQFHHWSRO\SORwGH'DQVODWURLVLqPHSDUWLHOHV

étudiants se pencheront sur des études de cas de spéciation.

-XVWL¿FDWLRQ: Cette ressource multimédia permet d'explorer les concepts d’espèce et de spéciation, deux thèmes-clés de l’unité 2.0 de ce module.

Ressource #2

Référence complète : Jeanne, Robert, Jan Cheetham, and the Transforming Teaching Through Technology (T4) Project staff. (2006). Evolution/Species and speciation. Retrieved November 2006. http://www.merlot.org/merlot/viewMa- terial.htm?id=83565:

Résumé : Ce didacticiel-simulation est en trois parties. Dans la première partie, les étudiants conduisent une étude sur une population de moules zébrées d’un lac

¿FWLIHWSUpVHQWHQWOHXUVGpFRXYHUWHVDXFRXUVG¶XQHWpOpFRQIpUHQFHYLUWXHOOH/HV

étudiants vont : 1) examiner les descriptions qualitatives des courbes de croissance SRXUOHVPRGqOHVH[SRQHQWLHOVHWORJLVWLTXHVHQHQVpOHFWLRQQDQWXQD¿QGHOH

tester au lac; 2) collecter et rapporter les données, et déterminer à quel modèle elles correspondent; 3) répondre à des questions au sujet des populations d’autres localités en calculant rmax, t et N à partir de leurs données. Dans la deuxième partie, les étudiants se penchent sur les mathématiques et la biologie derrière le modèle de croissance logistique à partir d’une population de poissons. Les étu- diants vont : compléter des explorations interactives de densité-dépendance et de capacité porteuse, la différence entre r (taux intrinsèque réalisé d’augmentation ou par habitant, taux de croissance), rmax (taux intrinsèque maximum d’aug- mentation) et dN/dt (taux de croissance de la population), comment le taux de croissance change dans le temps alors que r augmente et; 2) résumer et comparer les propriétés de la croissance exponentielle et logistique. Dans la troisième partie, les étudiants suivent la croissance d’une population d’éléphants du parc national Kruger, de 1903 à 1996. Tout en faisant ce suivi, les étudiants doivent calculer les valeurs en utilisant l’équation logistique. Les étudiants compléteront une étude de cas dans laquelle ils : 1) apprendront l’histoire biologique et sociopolitique des éléphants du parc national Kruger; 2)calculeront dN/dt, N et 1-( N/K) dans le temps; 3) expliqueront comment les assomptions de la croissance logistique affectent la forme de la courbe et; 4) évalueront à quel point les populations du parc national Kruger correspondent au modèle logistique.

-XVWL¿FDWLRQ: Cette ressource discute en détail du modèle de croissance logis- tique, ce qui est un aspect important dans l’écologie des populations dont il est question dans l’unité 2.0 du module.

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Lien #1

Titre : Ecosystems

Référence complète : http://en.wikibooks.org/wiki/Ecosystems Date de consultation : Août 2006

Description : Dans le but de comprendre un système interactif et complexe, il est fort utile de le décomposer en plusieurs parties. Par ce procédé mental on peut parvenir à une certaine compréhension du système et on peut le comparer à G¶DXWUHVV\VWqPHVD¿QGHSDUYHQLUjPLHX[FRPSUHQGUHOHVpFRV\VWqPHVHQJpQpUDO

Un écosystème est fait de plusieurs composantes qui fonctionnent ensemble de plusieurs manières. Une approche initiale suggérée pour décrire tout écosystème est de considérer séparément ses aspects structuraux et fonctionnels.

-XVWL¿FDWLRQ: Ce court article montre comment les interrelations entre organismes et ressources sont cruciales à l’écosystème. Il explique également l’importance des conditions physiques dans lesquelles l’organisme vit et que celles-ci peuvent SURYHQLUGHVRXUFHVELRWLTXHVWHOOHVTXHODPRGL¿FDWLRQGXPLFURFOLPDWSDUOHV

forêts. Finalement, l’article montre comment on peut décomposer l’écosystème selon ses composantes fonctionnelles (facteurs abiotiques, producteurs, consom- mateurs et décomposeurs).

Lien #2

Titre : Resources Référence complète :

KWWSHQZLNLERRNVRUJZLNL)+667B%LRORJ\&RQWHQWV,QGH[(6(FRV\VWHPV

5HVRXUFHV%LRWLFBOLYLQJBDQGB$ELRWLFBQRQOLYLQJBUHVRXUFHV Date de consultation : Août 2006

Description : Cet article offre une description des ressources biotiques et abiotiques de la terre et examine les tendances et les impacts de l’exploitation humaine.

-XVWL¿FDWLRQ : On y présente clairement les signes de l’important impact négatif de la surexploitation incontrôlée des ressources.

Lien #3

Titre : Ecosystems (2) 5pIpUHQFHFRPSOqWH

Date de consultation : Août 2006

Description&HWDUWLFOHGp¿QLWOHWHUPHpFRV\VWqPHVHVFRPSRVDQWHVHWVHV

fonctions. Il donne aussi des exemples dont certains en relation avec l’Afrique (comme au lac Sibaya au KwaZulu-Natal).

-XVWL¿FDWLRQ: L’article augmentera votre compréhension des concepts importants de l’écologie et vous permettra de voir comment ils sont appliqués en Afrique.

Lien #4

Titre : Low pressure

Référence complète : http://en.wikipedia.org/wiki/Low_pressure_area Date de consultation : Août 2006

Description,OV¶DJLWG¶XQDUWLFOHG¶XQHVHXOHSDJHTXLGp¿QLWHWH[SOLTXHOH

phénomène de la Zone de convergence intertropicale (ZCIT).

-XVWL¿FDWLRQ/D=&,7DXQHJUDQGHLQÀXHQFHVXUODIUpTXHQFHGHVSUpFLSLWDWLRQV

en Afrique. Certains endroits de l’Afrique, particulièrement en Afrique de l’Est, reçoivent des précipitations bi-modales, c’est-à-dire qu’ils ont deux saisons des pluies par année. D’autres endroits n’ont qu’une seule saison des pluies par année, comme c’est le cas en Afrique du Sud. Comme certaines variables environne- PHQWDOHVWHOOHVOHVDYHUVHVGHSOXLHLQÀXHQWVXUODGLVWULEXWLRQHWO¶DERQGDQFH

d’espèces, il devient important de bien comprendre la ZCIT.

Lien #5

Titre : Principles of ecology

Référence complète : http://www.marinebio.org/oceans/conservation/

Date de consultation : Août 2006

Description&HWDUWLFOHFRPPHQFHHQGp¿QLVVDQWOHVWHUPHVSRSXODWLRQFRP- munauté et biosphère. Il traite longuement des interdépendances écologiques et du rôle des incendies. Les incendies représentent un facteur important dans les pFRV\VWqPHVFDULOVLQÀXHQWVXUODFRPSRVLWLRQHWODVWUXFWXUHGHVFRPPXQDXWpV

de végétation.

-XVWL¿FDWLRQ : Dans cet article il est démontré que non seulement les facteurs HQYLURQQHPHQWDX[WHOVOHVVROVOHFOLPDWHWO¶HDXH[HUFHQWXQHLQÀXHQFHLPSRUWDQWH

sur la distribution des plantes, mais que d’autres événements tels les incendies DLQVLTXHG¶DXWUHVDFWLYLWpVKXPDLQHVLQÀXHQWpJDOHPHQWVXUFHOOHFL

Lien #6

Titre : Peppered moth

Référence complète : http://en.wikipedia.org/wiki/Peppered_moth Date de consultation : Août 2006

Description/DSKDOqQHGXERXOHDX%LVWRQEWXODULDHVWXQHHVSqFHWHPSpUpH

de papillon de nuit souvent utilisée comme exemple de sélection naturelle par les éducateurs. Le premier morphe carbonaria a été signalé par Edleston à Man- chester en 1848, et on en observa de plus en plus les années qui suivirent. Cette évolution serait le fruit de la sélection naturelle.

-XVWL¿FDWLRQ/¶DUWLFOHpODERUHDXVXMHWGHO¶pWXGHGHODSKDOqQHGXERXOHDXD¿Q

d’illustrer la sélection naturelle et de la distinguer de la dérive génétique. Il passe également en revue les critiques de la théorie.

Lien #7

Titre : Habitats 5pIpUHQFHFRPSOqWH

http://www.panda.org/news_facts/education/university/habitats/index.cfm Date de consultation : Août 2006

Description : Le site contient une description juste des principaux habitats du monde, divisés en catégories « terrestre », « eau douce » et « océan ». On s’inté- ressera ici aux habitats terrestres qui comprennent la toundra, les forêts tempérées, les forêts tropicales et les prairies.

-XVWL¿FDWLRQ: Cet article décrit la structure de la biodiversité et des caractéris- tiques environnementales, lesquelles sont importantes dans notre étude de la structure de la communauté.

Lien #8

Titre : Mangroves 5pIpUHQFHFRPSOqWH

www.unep-wcmc.org/resources/publications/ss1/WCMCMangrovesv11_1.pdf Date de consultation : Août 2006

Description : L’article traite de la structure, de la composition, de la faune, des menaces et du futur des mangroves. On y traite particulièrement des mangroves d’Afrique de l’Est. Il est intéressant d’y noter que la tendance générale en terme de menace est sensiblement la même à travers toute l’Afrique.

-XVWL¿FDWLRQ : Les mangroves représentent une importante communauté marine en Afrique. Elles ont plusieurs usages et sont déterminantes dans le gagne-pain de plusieurs peuples côtiers.

Lien #9

Titre : Habitat conservation

Référence complète : http://marinebio.org/Oceans/Conservation/Moyle/ch7.

asp

Date de consultation : Août 2006

Description : L’article traite de la théorie des niches et de l’habitat. On y diffé- rencie plusieurs concepts de la niche et fait la distinction entre celle-ci et l’ha- ELWDW2Q\GpFULWOHVIDFWHXUVTXLLQÀXHQWVXUODGLVWULEXWLRQGHVHVSqFHVHWOHXUV

implications sur la protection de l’environnement. On y établit un lien entre les concepts de la niche et l’habitat, et la protection de l’environnement.

-XVWL¿FDWLRQ : L’article améliorera votre compréhension de la théorie des niches et de la manière dont elle est liée à la protection de l’environnement. Ainsi, bien que la théorie des niches et la protection de l’environnement soient traitées sépa- rément dans nos activités, cet article vous aidera à les mettre en relation.

?0=(J[P]P[tZK»LUZLPNULTLU[L[K»HWWYLU[PZZHNLZ

Titre : Introduction aux concepts de l’écologie

Objectifs spécifiques d’apprentissage

 'p¿QLUODVFLHQFHGHO¶pFRORJLHHWGpFULUHVHVEUDQFKHV

 ,GHQWL¿HUOHVFRPSRVDQWHVFOpVGHO¶HQYLURQQHPHQWELRWLTXHHWDELRWLTXH  &RPSUHQGUHFRPPHQWOHVFRPSRVDQWHVHQYLURQQHPHQWDOHVLQÀXHQWVXU

la distribution des espèces Résumé de l’unité

'DQVFHWWHDFWLYLWpYRXVrWHVHQXQSUHPLHUWHPSVLQWURGXLWDXVXMHWSDUOHVGp¿QL- tions de l’écologie et de ses branches, des composantes de l’environnement et des concepts fondamentaux de l’écologie. Vous devrez réaliser plusieurs activités qui vous aideront à mieux comprendre le sujet. L’unité est organisée comme suit :

1.1 Introduction au contenu:

1.1.1 Qu’est-ce que l’écologie?

1.1.2 Les niveaux d’organisation 1.1.3 Les branches de l’écologie 1.1.4 Concepts fondamentaux

1.2 Accès à Internet : en apprendre davantage au sujet des biomes

1.3 Exercice écrit : les effets de l’inégalité des distributions de chaleur sur la distribution des espèces

 5HFKHUFKHVXUOHWHUUDLQFODVVL¿FDWLRQGHVW\SHVELRORJLTXHV Concepts-clés

L’écologieSHXWrWUHGp¿QLHFRPPHXQHVFLHQFHTXLpWXGLHOHVLQWHUUHODWLRQVGHV

animaux, des plantes et de l’environnement.

Les niveaux d’organisation des organismes sont : individu, population et com- munauté.

Les principales branches de l’écologie sont : l’écophysiologie, l’écologie des populations, l’écologie des communautés, l’écologie des écosystèmes et l’éco- logie du paysage.

L’écosystème est le système d’interaction composé d’une communauté d’or- ganismes et de son environnement physique (non-vivant). Les composantes de l’environnement peuvent être regroupées en facteurs biotiques et abiotiques.

Unité 1

Les composantes physico-chimiquesGHO¶HQYLURQQHPHQWLQÀXHQWVXUODGLVWUL- bution et la diversité des espèces par leurs effets sur la croissance et le fonction- nement des plantes.

La forme et la structure des êtres vivants sont fortement liées à leur adaptation vis-à-vis de leur environnement.

Mots-clés

Synécologie, autoécologie, environnement, écosystème, biome, forme de vie

Lectures obligatoires

Wikipedia. (2006). Ecosystems. Retrieved October 20 from http://en.wikipedia.

org/wiki/Ecosystems

WWF. (2006). Habitats. Retrieved September 2006 from http://www.panda.

org/news_facts/education/university/habitats/index.cfm

:LNLSHGLD%LRPHV5HWULHYHG6HSWHPEHUIURPKWWSDFDGHPLF- NLGVFRPHQF\FORSHGLDLQGH[SKS%LRPH

Douglas, A. K. (2004). Climatic determinants of global patterns of biodiversity.

In P.Moyle & D. Kelt (Eds.), Essays of wildlife conservation Retrieved September 20, 2006 from http://marinebio.org/Oceans/Conservation/

Moyle/ch3.asp

Wikipedia. (2005). Intertropical Convergence Zone. Retrieved October 20 from http://www.answers.com/topic/intertropical-convergence-zone-1 Wikipedia. (2005). Low pressure. Retrieved October 20 from http://www.

answers.com/topic/low_pressure_area Lectures optionnelles

Chapman, J.L., & Reiss, M.A. (1999). Ecology : principles and applications.

Cambridge University Press.

%HUJ/5,QWURGXFWRU\%RWDQ\3ODQWV3HRSOHDQGWKH(QYLURQPHQW

Harcourt, Inc.

Chapman, J.L. & M.A. Reiss. (1999).Ecology : principles and applications.

Cambridge University Press.

%HHE\$ $ %UHQQDQ  )LUVW HFRORJ\ 2[IRUG 8QLYHUVLW\ 3UHVV

pp352.019926124

%DUERXU0*-+%XUN :'3LWWV7HUUHVWULDO3ODQW(FRORJ\7KH

%HQMDPLQ&XPPLQJV3XEOLVKLQJ&RPSDQ\,QF

1.1 Introduction au contenu

1.1.1 Qu’est-ce que l’écologie?

Vous aurez probablement observé que plusieurs animaux, dont l’homme, dé- pendent des plantes pour se nourrir et que certains s’en servent même pour établir un domicile. Vous aurez peut-être aussi déjà pris conscience du fait que le stockage excessif de bétail ou la présence de trop d’animaux sur un territoire mène à l’érosion et à la dégradation du sol. L’écologie est la science qui traite des interactions des animaux et des plantes dans leur environnement naturel. Ces interactions affectent l’abondance et la distribution des organismes. Le terme pFRORJLHSURYLHQWGHVPRWVJUHFVRLNRVTXLVLJQL¿H©PDLVRQKDELWDWªHWORJRV

TXLVLJQL¿H©pWXGHª

1.1.2 Niveaux d’organisation

Nous verrons que les organismes sont structurés en différents niveaux que l’on peut répartir de façon sommaire en en trois niveaux: individuel, des populations et des communautés.

(a) L’individu est l’unité fondamentale des populations, des communautés, des écosystèmes et des biomes.

(b) Une population est composée de tous les membres d’une même espèce occupant un territoire donné.

(c) Une communauté biologique est composée de toutes les populations d’espèces d’organismes présentes sur un territoire donné.

1.1.3 Les différentes branches de l’écologie

L’écologie est une discipline vaste et considérée comme multidisciplinaire, car elle étudie les interrelations entre les organismes et leur environnement. Elle a donc recours à d’autres branches de la science telles que la géographie, la mé- téorologie, la science des sols, etc.

(a) L’écophysiologie se réfère aux plantes et à l’`écologie comportementale chez les animaux, où l’individu tente de s’adapter aux facteurs environ- nementaux. Cela peut, par exemple, mener à des études portant sur les limites de la tolérance et sur la phénologie.

(b) L’autoécologie (écologie des populations) se concentre sur une seule espèce à la fois. Elle traite des aspects liés à la taille et à la dynamique des populations, aux comportements de reproduction et à la spéciation.

(c) La synécologie (écologie des communautés) se concentre sur les études au niveau de la communauté. Elle comporte plusieurs branches dont la paléoécologie, qui étudie les communautés de plantes selon leur passé géologique et les dynamiques des communautés, qui décrivent les chan- gements des communautés dans le temps.

(d) L’écologie des écosystèmes est l’étude des processus impliquant les communautés et leur environnement tels que les cycles biogéochimiques HWOHVÀX[G¶pQHUJLH

(e) L’écologie du paysage, sans doute la branche la plus vaste, s’intéresse aux interrelations et au processus à l’intérieur des écosystèmes.

N.B. : Vous rencontrerez des termes tels que « écologie des insectes », « écologie animale », etc. Il s’agit de termes relatifs à plusieurs spécialisations de l’écologie, mais qui s’inscrivent en général dans une ou plusieurs des principales branches mentionnées ci-dessus.

1.1.4 Concepts fondamentaux Écosystème

Le concept d’écosystème est central à l’étude de l’écologie. Davantage inclusif que la communauté, il comprend celle-ci ainsi que son environnement. Un écosystème inclut par conséquent les interactions entre les organismes de la communauté, ainsi que les interactions entre les organismes et leur environnement physique. Un écologiste des écosystèmes pourrait, par exemple, étudier les liens entre la salinité du sol et la distribution des espèces à l’intérieur de l’écosystème d’un marais.

Quel est la taille d’un écosystème? Un écosystème peut être de taille variée. Par exemple, une forêt pourrait être étudiée en tant qu’écosystème mais on pourrait également considérer un tronc mort en décomposition comme un écosystème.

Dans tous les cas, deux processus très importants lient les composantes d’un pFRV\VWqPHOHVÀX[G¶pQHUJLHHWOHVF\FOHVELRJpRFKLPLTXHV

Au cours de ce module, nous verrons en détail chacune des composantes et des processus de l’écosystème.

Biomes et biosphère

Le biome est le niveau d’organisation au-dessus de la communauté et de l’écosys- tème. Chaque biome est en fait une vaste région caractérisée par une combinaison particulière de sols, de plantes et d’animaux avec un certain climat. Les caracté- ristiques du biome doivent être en grande partie présentes où qu’il se trouve dans le monde. Les frontières du biome correspondent pour ainsi dire aux barrières du climat –la température et les précipitations étant les déterminants les plus importants. Plus précisément, la température est le facteur le plus important vers les pôles alors que les précipitations jouent un plus grand rôle dans les régions tempérées et tropicales.

N.B. : Combien de biomes y a-t-il?

Les écologistes ne s’accordent pas sur le nombre de biomes que l’on trouve. Cela n’est pas surprenant compte tenu du fait que le biome n’est pas une unité naturelle FRPPHXQHHVSqFH3DUFRQVpTXHQWLOQ¶\DDXFXQHOLVWHGp¿QLWLYHGHVELRPHV

GHOD7HUUH'LIIpUHQWVWH[WHVHWDXWHXUVGRQQHURQWGLIIpUHQWHVFODVVL¿FDWLRQVHW

quantités de biomes.

9RLFLODOLVWHGHVW\SHVGHELRPHVDYHFOHXUVSULQFLSDOHVFDUDFWpULVWLTXHV

Toundra

Se situant dans les latitudes les plus au nord, ce biome est soumis à de longs et rudes hivers et à des étés très courts. Il est dominé par la mousse, le lichen, l’herbe et les joncs.

Taïga

Situé au sud de la toundra, ce biome est dominé par les conifères. On lui donne aussi parfois le nom de forêt boréale. Il est un immense espace sempervirent en Amérique septentrionale et en Europe du Nord. Les plantes qui y sont dominantes sont l’épicéa, le sapin et le pin.

Forêt tempérée humide

Ce biome est composé de forêts de conifères situées sur les latitudes médianes.

Il est caractérisé par beaucoup de précipitations annuelles, un temps froid et d’épais brouillards.

Forêt tempérée caducifoliée

Ici, les étés sont chauds et les hivers marqués. Les précipitations annuelles sont de 750 à 1250 mm. Ce biome est dominé par une dense canopée d’arbres aux feuilles larges et de sous-bois composés de jeunes arbres et d’arbustes.

Prairies tempérées

Ce biome se situe sur les latitudes médianes, où les précipitations sont modérées.

La végétation qui y est dominante est l’herbe. On la dénomme simplement prairie en Amérique du Nord, steppe en Eurasie et veld, ou veldt, en Afrique du Sud.

Chaparral

Ce biome se trouve là où il y a des environnements tempérés et beaucoup de précipitations, avec des hivers doux et des étés secs. On lui donne souvent l’ap- pellation de climat méditerranéen, mais on le trouve aussi ailleurs dans le monde.

Il est caractérisé par des fourrés d’arbustes sempervirents et de petits arbres.

Désert

Ce biome se situe où il y a très peu de précipitations. Il y a des déserts sur tous les continents, principalement le long du tropique du Capricorne et du tropique du Cancer. Le plus grand désert au monde est le désert du Sahara, et le plus sec est le désert d’Atacama, au Chili.

Savane

Il s’agit d’une prairie avec des arbres clairsemés. L’Afrique contient la plus grande savane au monde, mais on en retrouve également en Amérique du Sud, en Australie et en Inde. La savane africaine est riche en vie sauvage et on y pratique beaucoup l’élevage pastoral.

Forêt tropicale humide

Ce biome se trouve là où les températures sont chaudes toute l’année et où les précipitations sont élevées et distribuées uniformément. Les sols sont pauvres en éléments nutritifs et la plupart des arbres sont des plantes sempervirentes à ÀHXUV

Prairies de montagne

Elles sont associées au climat des hautes montagnes. Comme nous le verrons à O¶XQLWpOHFOLPDWHVWLFLXQYUDLGp¿SRXUODVXUYLHGHVSODQWHVFRPSWHWHQX

entre autres, des basses températures et du rayonnement de courtes longueurs d’onde. On retrouve les prairies de montagne en Nouvelle-Guinée, en Afrique de l’Est, en Amérique du Sud, dans les steppes des plateaux tibétains, et partout où l’on retrouve des habitats subalpins similaires.

Note : Nous étudierons plus en profondeur la structure et la fonction des princi- pales communautés de plantes d’Afrique au cours de l’unité 3.0.

1.2 Accès à Internet : en apprendre davantage au sujet des biomes Visitez les sites suivant:

WWF. (2006). Habitats. Retrieved September 2006 from

http://www.panda.org/news_facts/education/university/habitats/index.cfm (Lire la section « terrestrial habitats »)

:LNLSHGLDKWWSDFDGHPLFNLGVFRPHQF\FORSHGLDLQGH[SKS%LRPH

(Lire la section « Tundra, Taiga and Rainforests ») Autoévaluation

1. Quelles sont les tendances relativement à la fertilité du sol des biomes?

2. Quelles sont les tendances de la biodiversité? Est-ce que la latitude, la WHPSpUDWXUHHWOHVSUpFLSLWDWLRQV\H[HUFHQWXQHLQÀXHQFH"

Biosphère

La biosphère est composée de toutes les communautés de la Terre et par consé- quent, de tous les organismes. Elle est en interaction avec l’atmosphère, l’hydros- phère (la réserve d’eau planétaire) et la lithosphère (le sol et la roche).

Les facteurs biotiques et abiotiques de l’environnement

L’utilisation du terme environnement est très fréquente puisqu’elle se réfère aux environs d’un lieu ou de quelque chose. Il s’agit par conséquent d’un terme complexe comportant plusieurs variables qui, en plus d’entrer en interaction avec les organismes, interagissent entre elles. L’environnement est caractérisé par son sol et son climat. Il est d’une importance majeure pour les écologistes car il in- ÀXHQFHOHGpYHORSSHPHQWHWODFURLVVDQFHGHVSODQWHVFHTXLHQGpWHUPLQHGRQF

la distribution et l’abondance.

L’environnement peut se diviser en deux conditions naturelles : physico-chimique et biologique. Voici une liste de quelques composantes de l’environnement:

 3K\VLFRFKLPLTXH   %LRORJLTXH

 5D\RQQHPHQW    )DXQHHWÀRUH

Température Arbres, herbes et arbustes

Eau souterraine et de surface Décomposeurs

Gaz et vent Oiseaux, reptiles et mammifères

Sols/nutriments Parasites

Géologie Symbiotes

Topographie

&RPPHQWOHVIDFWHXUVHQYLURQQHPHQWDX[LQÀXHQWLOVVXUODGLVWULEXWLRQGHV

plantes?

La plupart des facteurs environnementaux physico-chimiques listés ci-dessus SHXYHQWDYRLUXQHLQÀXHQFHVXUODGLVWULEXWLRQHWO¶DERQGDQFHGHVSODQWHVHQFH

qui concerne les autres facteurs –et en particulier le rayonnement, l’eau et la topo- graphie– vous trouverez des références à leur sujet dans la section « lectures »).

Température

La température est un indicateur de la quantité d’énergie interne d’un système.

Elle est intimement liée au rayonnement car une grande partie du rayonnement solaire (plus de 70%) absorbé par les plantes est convertie en énergie interne.

Les plantes, contrairement à nous, ne peuvent réguler leur propre température GHPDQLqUHHI¿FDFHHWYRQWSDUFRQVpTXHQWDGRSWHUODWHPSpUDWXUHGHO¶HQYLURQ- nement. On les dit poïkilothermes ou ectothermes (leur température corporelle change en fonction de la température externe).

Les plantes soumises à des conditions de température variables s’adapteront de diverses façons. Par exemple, certaines plantes des zones alpines auront le tronc couvert d’une épaisse couche composée de feuilles mortes qui leur servira d’iso- lant. À l’unité 3, nous nous pencherons sur plusieurs cas d’adaptation de plantes aux différentes températures.

/DWHPSpUDWXUHH[HUFHXQHIRUWHLQÀXHQFHVXUODFURLVVDQFHHWOHIRQFWLRQQHPHQW

des plantes en régulant plusieurs processus physiques et biochimiques tels que la transpiration, la photosynthèse, la respiration et d’autres mécanismes méta- boliques. En règle générale, la croissance d’une plante cesse à des températures proches de 0°C, mais celle-ci croîtra plus rapidement sous des températures plus élevées, optimales lorsqu’elles sont comprises entre 20 et 30°C. Au-dessus de cet intervalle, le taux de croissance commence à plafonner, puis à diminuer.

1.3 Exercice écrit : les effets de l’inégalité des distributions de chaleur sur la distribution des espèces

À partir du cours que vous venez de voir et des références suivantes, vous aurez à réaliser un exercice écrit décrit ci-dessous.

5pIpUHQFHV

Douglas, A. K. (2004). Climatic determinants of global patterns of biodiveristy.

In P.Moyle & D. Kelt (Eds.), Essays of wildlife conservation. Consulté le 20 septembre 2006 sur : http://marinebio.org/Oceans/Conservation/Moyle/ch3.asp (Lire les sections : Introduction, Earth’s seasons, Why does it rain so much in the tropidcs et Why are deserts generally located at about 30° latitude?)

Wikipedia. (2005). Intertropical Convergence Zone. Consulté le 20 septembre 2006 sur : http://www.answers.com/topic/intertropical-convergencezone-1 Wikipedia. (2005). Low pressure. Consulté le 20 septembre 2006 sur:

http://www.answers.com/topic/low_pressure_area

([HUFLFH rédigez une courte dissertation d’environ 600-800 mots dont le titre sera Les effets d’une distribution inégale de la chaleur sur la distribution et la diversité des plantes.

Assurez-vous que votre dissertation traite des questions suivantes :

1. La nature du rayonnement solaire, sa composition et la partition qu’il subit en atteignant la troposphère de la Terre.

2. Les causes de la distribution inégale de la chaleur sur Terre.

 /D=RQHGHFRQYHUJHQFHLQWHUWURSLFDOH=&,7HWVRQLQÀXHQFHVXUOD

distribution des précipitations en Afrique (pluies unimodales et bimo- dales).

Mont Kilimandjaro John Mworia

Classification des formes de vie

/¶DGDSWDWLRQDX[FRQGLWLRQVHQYLURQQHPHQWDOHVHVWHVVHQWLHOOHPHQWUHÀpWpHSDU

la forme et la structure des êtres vivants. L’étude des formes et des structures dans les communautés de plantes est le sujet de l’approche physionomique de la phytosociologie.

Dans les sections précédentes nous avons vu les conditions environnementales ex- trêmes qui peuvent caractériser les différents biomes. Il existe plusieurs systèmes GHFODVVL¿FDWLRQGHVW\SHVGHSODQWHVFODVVL¿FDWLRQIRQFWLRQQHOOHFODVVL¿FDWLRQ

selon les habitats, etc.). Dans cette activité nous en présenterons une qui met en relation la physionomie et le climat.

Christen Raunkiaer, un botaniste danois, s’est servi des formes de croissance ayant une certaine valeur sélective dans le but d’établir un lien quantitatif entre la structure de la végétation et le climat. Le terme type biologique (ou forme de vie) est celui qui sert à y faire référence. Raunkiaer ne s’est servi que d’un seul trait propre aux plantes : la hauteur du tissu pérennant relativement au sol. Un tissu SpUHQQDQWHVWGp¿QLFRPPHOHWLVVXHPEU\RQQDLUHPpULVWpPDWLTXHTXLGHPHXUH

LQDFWLIGXUDQWOHVSpULRGHVGLI¿FLOHVKLYHUHWVDLVRQVqFKHHWTXLUHFRPPHQFHj

croître lorsque les conditions redeviennent plus favorables (printemps, été, saison des pluies). Les tissus pérennants comprennent les bourgeons, les graines, les UKL]RPHVOHVWXEHUFXOHVOHVEXOEHVHWF/DSRVLWLRQGHODÀHXURXGXIUXLWVXUOD

plante est donc un indicateur de la hauteur du tissu pérennant.

Nous savons que les organes pérennants permettent aux plantes de survivre durant les saisons rudes. Par conséquent, l’emplacement du tissu pérennant est un élément essentiel à l’adaptation de la plante au climat : plus le climat sera rigoureux, moins les espèces de plantes auront leurs bourgeons éloignés du sol (là où ils seraient davantage exposés aux conditions de froid ou de sécheresse de l’atmosphère).

Cela veut donc dire que les espèces dont les organes pérennants sont exposés seront davantage présentes là où les climats sont chauds et humides que là où ils sont froids et secs. Conséquemment, l’adaptation au climat hivernal ou aux saisons sèches est favorable chez les formes de vie dont les organes pérennants sont portés plus près du sol ou sous le sol. La manifestation la plus extrême de cela se retrouve chez les plantes annuelles qui ne parviennent à survivre à la mauvaise saison que sous la forme très résistante des graines dormantes.

Voici les principales classes de type biologique tel qu’élaborés par Christen Raunkiaer:

Phanérophytes : Il s’agit de plantes aériennes (arbres, arbustes et lianes) dont les organes pérennants (bourgeons) sont à plus de 25 cm du sol.

Épiphytes : Il s’agit de plantes aériennes sans racine dans le sol et qui sont supportées par d’autres arbres et arbustes (il s’agit donc principalement de parasites).

Hémicryptophytes : Il s’agit d’herbes pérennantes dont le tissu pérennant est situé sur la surface du sol, ou tout juste au-dessous de celle-ci.

Chamaephytes : Il s’agit de petits arbustes, de courtes herbes, de mousses ou de fougères dont les bourgeons pérennants sont situés de 0 à 25 cm du sol.

Cryptophytes : Il s’agit de plantes dont les bourgeons pérennants sont enfouies dans le sol ou sont dans l’eau.

Thérophytes : Il s’agit de plantes annuelles ou éphémères qui survivent pendant les saisons rigoureuses sous la forme de graines (c’est le cas des herbes saisonnières par exemple).

En classant les plantes d’une communauté donnée, on obtient le spectre d’un type biologique. En convertissant en pourcentage le nombre d’espèces de chacune des classes des types biologiques d’une communauté (ou d’une zone géographique), on obtient alors un spectre de tous les types biologiques de cette communauté.

1.4 Recherche sur le terrain : classification des types biologiques

Vous allez maintenant conduire un travail pratique qui vous permettra d’établir des liens entre les facteurs climatiques et les types de végétation.

Instructions:

 ,GHQWL¿H]XQHQGURLWGDQVYRWUHUpJLRQTXLHVWSRXUYXGHYpJpWDWLRQQDWX- UHOOHXQOLHXTXLQ¶DXUDSDVpWpWURSPRGL¿pSDUO¶KRPPH>DUEUHVFRXSpV

ou agriculture]).

 0DUFKH]\HWLGHQWL¿H]WRXWHVOHVHVSqFHVGHSODQWHVTXHYRXVUHQFRQWUHUH]

(lorsque vous ignorez le nom d’une espèce, utilisez un symbole approprié pour la nommer). Ne comptez qu’une seule fois chaque espèce.

3. Placez chaque espèce dans la catégorie correspondant à son type biologi- que. Dans la plupart des cas, cela pourra être fait en fonction de la hauteur GHODSODQWHHWGHODSRVLWLRQGHVÀHXUVHWGHVERXUJHRQVSpUHQQDQWVVXU

celle-ci.

 ,QVpUH]YRVGRQQpHVGDQVXQWDEOHDXD¿QGHPHWWUHHQpYLGHQFHOHQRP- bre d’espèces de chaque type biologique et de pouvoir les traduire en SRXUFHQWDJH 3DU H[HPSOH VL YRXV LGHQWL¿H]  KHUEHV DQQXHOOHV TXL

sont thérophytes et que le nombre total d’espèces est de 40, alors vous obtiendrez 25 (25%).

5. Insérez vos données à la dernière ligne du tableau ci-dessous:

Type biologique et localisation phanérophyte Seychelles thérophyte Désert de Mojave hémicryptophyte Danemark chamaephyte Spitzberg (Norvège) Votre région

Spectre du typebiologique Ph Ch H Cr Th 61 6 12 5 16 26 7 18 7 42 7 5 55 9 21

1 22 6 15 2

Caractéristiques du climat

Chaud et humide toute l’année Subtropical; chaud; longues périodes de sécheresse Tempéré humide; eaux froides Arctique-alpin; irrégulier

Ph = Phanérophyte, Ch = Chamaephyte, H = Hémicryptophyte Cr = Cryptophyte, Th = Thérophyte

4XHVWLRQV

1. À partir des données fournies et des données que vous avez recueillies, SRXYH]YRXVLGHQWL¿HUXQOLHQHQWUHOHVYDULDEOHVHQYLURQQHPHQWDOHVHW

les types de végétation?

2. Quel serait le biome correspondant à votre région?

3. Quelle région devrait avoir la fréquence la plus élevée de phanérophytes?

de thérophytes? d’hémicryptophytes?

Titre: L'écologie des populations

Objectifs spécifiques d’apprentissage

(1) Citer les principes fondamentaux de la sélection naturelle et de la spé- ciation.

(2) Expliquer les modèles conceptuels et mathématiques qui décrivent la croissance des populations.

(3) Décrire les types d’interactions entre populations (compétition, prédation, symbiose).

Résumé de l’unité

Nous aborderons cette activité en fournissant une explication des théories de la sélection naturelle, de la spéciation, de la croissance des populations et des interactions qui ont lieu entre celles-ci. Vous serez ensuite invités à réaliser un certain nombre d’activités qui vous aideront à mieux saisir le sujet.

Les sujets liés aux activités que vous accomplirez dans cette unité sont organisées comme suit:

2.1 Introduction au contenu:

2.1.1 La sélection naturelle 2.1.2 La spéciation

2.1.3 La croissance des populations

2.1.4 Les interactions entre les populations

2.2 Étude de cas : la sélection naturelle chez la phalène du bouleau

2.3 Mise en pratique de vos connaissances : les effets des changements climatiques sur la spéciation

2.4 Résolution de problèmes : l’isolement génétique 2.5 Étude de cas : la symbiose

Concepts-clés

La sélection naturelle est le mécanisme qui guide l’adaptation d’une population à son environnement. Sa conception actuelle met davantage l’accent sur la repro- duction différentielle que sur la notion de survie.

Il y a 3 types de sélection naturelle : stabilisante, directionnelle et diversi-

¿DQWH

La spéciation se produit lorsqu’une partie de la population se retrouve isolée SHQGDQWXQHORQJXHSpULRGHGHWHPSVHWTX¶HOOHVHGLIIpUHQFLHVXI¿VDPPHQWSRXU

devenir une espèce distincte.

Unité 2

Les barrières d’isolement qui mènent à la spéciation peuvent résulter d’un isolement génétique, d’un isolement géographique ou bien d’une différence importante en ce qui concerne le climat.

Le modèle de croissance exponentielle décrit la croissance d’une population en l’absence de limitation des ressources.

Le modèle de croissance logistique décrit la croissance d’une population avec des facteurs limitants. Ce modèle s’intéresse à l’état d’équilibre de la population ou de la densité de population qu’on représente par la lettre K (qui est la capacité porteuse ne pouvant être dépassée de manière permanente).

Les interactions entre espèces peuvent être catégorisées en fonction des notions de compétition, de prédation et de symbiose. Les relations symbiotiques peuvent à leur tour être subdivisées en quatre catégories : amensalisme, mutualisme, parasitisme et commensalisme.

Mots-clés

Sélection naturelle, spéciation, croissance des populations, symbiose

Lectures obligatoires

Wikipedia. (2006). Peppered moth. Consulté le 20 septembre 2006 sur:

http://en.wikipedia.org/wiki/Peppered_moth

)DUDEHH0-%LRORJLFDOGLYHUVLW\&RQVXOWpOHVHSWHPEUHVXU

KWWSZZZHVWUHOODPRXQWDLQHGXIDFXOW\IDUDEHHELREN%LR%RRNSRSHFROKWPO Wikipedia. (2006). Symbiosis. Consulté le 20 septembre 2006 sur:

http://en.wikipedia.org/wiki/Symbiosis

Lectures optionnelles

Chapman, J.L. and M.A. Reiss. 1999.Ecology : principles and applications.

Cambridge University Press.

%HHE\$ $%UHQQDQ)LUVWHFRORJ\2[IRUG8QLYHUVLW\3UHVV

%DUERXU0*-+%XUN :'3LWWV7HUUHVWULDO3ODQW(FRORJ\

Wiens, J.A. and M.R. Moss. (2005). Issues and perspectives in landscape ecology.

Cambridge University Press 404pp.

Ranta, E., P. Lundberg & V. Kaitala. (2006). Ecology of populations. Cambridge University Press 388pp.

2.1 Introduction au contenu

Dans cette activité vous étudierez les concepts fondamentaux de l’écologie des populations. Nous commencerons par étudier la sélection naturelle qui nous mon- trera comment les organismes pourvus d’attributs avantageux sont plus enclins à survivre et à se reproduire que ceux qui présentent des attributs défavorables.

Nous nous pencherons ensuite sur la théorie de la spéciation, qui est le processus par lequel apparaissent de nouvelles espèces. La taille d’une population n’étant pas statique, nous examinerons les modèles de croissance des populations qui en décrivent la dynamique. Pour conclure l’activité, vous en apprendrez davantage sur les différents types d’interrelations qui existent entre les populations (com- pétition, prédation et symbiose).

2.1.1 La Sélection naturelle

La théorie de la sélection naturelle a été introduite par Charles Darwin et fut formulée en 1859 dans son livre intitulé On the origin of species by means of Natural Selection or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life.

Il s’agit essentiellement du processus qui aboutit à l’adaptation d’une population aux environnements biotique et abiotique. Darwin décrit la sélection naturelle comme un processus par lequel les individus favorablement adaptés seront sélec- tionnés par les processus naturels au détriment des autres individus. Le concept repose essentiellement sur le principe selon lequel les individus ou les espèces bien adaptés pourront survivre, se reproduire et ainsi contribuer au patrimoine génétique de la population. En fait, seuls les plus adaptés survivront. Cette survie se manifeste par une compétition dans la poursuite des ressources vitales à la survie des individus impliqués. Signalons que la sélection naturelle a lieu autant au sien d’une espèce qu’entre les espèces partageant un même territoire et, par conséquent, les mêmes ressources.

La conception actuelle de la sélection naturelle s’intéresse davantage à la repro- duction différentielle qu’à la survie différentielle. Selon cette conception, les facteurs faisant la différence quant au succès reproducteur (valeur sélective) ou au nombre de progénitures survivantes contribuent à la sélection naturelle de l’espèce. Les facteurs qui participent à la reproduction différentielle sont : la survie, la longévité (durée de la vie), la fertilité, la compétition, la sélection sexuelle (qui fait que, chez certaines espèces, la femelle puisse engendrer davantage de mâles en des temps propices et davantage de femelles en des temps défavorables). Parmi les autres facteurs, on retrouve certaines tendances comportementales telles que les habitats limités et l’alimentation sélective.

Comment la sélection naturelle s’opère-t-elle?

Chaque individu composant une population est unique, sauf lorsqu'un zygote (œuf fécondé) se divise et engendre des jumeaux identiques ou lorsqu'il y a reproduction non-sexuelle par laquelle des clones sont conçus. C’est dans ce cas que s’opère la diversité génétique à l’intérieur de la population d’une espèce. Cela est néces- saire pour qu’il y ait sélection naturelle. Elle se produira lorsqu’une pression de sélection, telle une condition environnementale, sélectionnera certains traits d’un individu et rejettera ceux d’autres individus.

Les types de sélection naturelle Il y a 3 types de sélection naturelle:

La sélection stabilisante

Elle favorise les phénotypes moyens plutôt que les phénotypes extrêmes. Ce type de sélection réduit la diversité dans une population et améliore son adap- tation en ce qui a trait aux aspects de l’environnement demeurant relativement FRQVWDQWV%ODNHHWDO3DUH[HPSOHGHVpWXGHVRQWGpPRQWUpTXHFKH]

les humains, la mortalité des nouveau-nés tend à être plus élevée lorsque leur poids se situe entre 1,5 et 4,5 kg, avec un poids à la naissance optimum de 3,4 kg.

La sélection directionnelle

La sélection directionnelle est commune lorsqu’il se produit un changement environnemental. Elle favorise les phénotypes d'un extrême plutôt qu'un autre, ce qui se traduit par une courbe de distribution des phénotypes en ce sens %ODNHHWDO3DUH[HPSOHODVpOHFWLRQGLUHFWLRQQHOOHVHSURGXLVLWFKH]

le cheval lorsqu’il évolua et passa de la taille d’un chien, adaptée aux forêts, à sa taille actuelle, adaptée aux prairies.

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Celle-ci favorise les phénotypes extrêmes au détriment des phénotypes moyens.

Les changements adaptatifs de la forme des corps que l’on retrouve chez les phasmidés (mante religieuse) et les papillons en sont de bons exemples.