Ecologie_Communautes_15112009

Introduction à l’écologie des communautés

L'écologie

!  Ecologie : des mots grecs "Oikos", maison / habitat, et "logos", discours / étude

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

!  Le niveau d’organisation et d’interaction considéré peut être très variable

Les différents niveaux d'organisation

Individus

Populations

Communautés

Ecosystèmes Biosphère

Figure 1

!  Ecophysiologie !  Ecologie du comportement !  Dynamique des populations !  Biologie de la conservation !  Ecologie des communautés !  Ecologie du paysage !  Etude de la biodiversité !  Etude des changements globaux

!  Organe !  Individu !  Population !  Espèce !  Communauté !  Paysage !  Biosphère

Différents types de niveau d’organisation correspondent à différents domaines de l’écologie

Chaque niveau d'organisation a des propriétés émergentes

Deux approches distinctes…

!  Ecologie fonctionnelle : Le fonctionnement de l’organisme ou l’écosystème est le sujet de l’étude. Par fonctionnement on entendra en particulier les flux de matières et d’énergie.

!  Ecologie évolutive : Les mécanismes de l’évolution sont utilisés pour comprendre les différences observées entre espèces.

Pourquoi étudier l'écologie?

!  Pour comprendre comment les systèmes naturels fonctionnent !  Pour comprendre quel est l'impact des activités humaines sur le

fonctionnement des écosystèmes !  Pour permettre aux décideurs de mettre en place des pratiques

écologiquement correctes (ex: développement durable)

Figure 2

Comment étudier l'écologie !  A l'aide de la méthode scientifique :

!  Observation et description !  Etablissement d'hypothèses pour expliquer les observations !  Test des hypothèses

!  Expérience à petite, moyenne ou large échelle !  Expériences naturelles !  Modélisation

L’écologie des communautés

Individus

Populations

Communautés

Ecosystèmes Biosphère

Introduction à l'écologie des communautés !  I. Introduction

!  Qu'est ce qu'une communauté? !  II. Les interactions dans une communauté

!  A. Compétition !  Niche écologique !  Exclusion compétitive

!  B. Prédation !  C. Mutualisme !  D. Commensalisme

!  III. La structure des communautés !  A. Mesure de la diversité des communautés !  B. Structure trophique

!  IV. Qu'est ce qui contrôle la structure de la communauté? !  A. Espèces dominantes et espèces clef !  B. Ascendant ou descendant? !  C. Perturbation et évolution dans le temps des communautés

!  Conclusion !  Applications de l'écologie des communautés

I. Qu'est ce qu'une communauté écologique? !  Définition : L’ensemble de populations animales et végétales qui vivent dans

une aire donnée, à un moment donné, et qui interagissent. !  Les plantes, les animaux et les microorganismes d'une communauté sont liés

par des relations alimentaires (qui consomme qui?) et par d'autres types d'interactions

L’ÉCOLOGIE DES COMMUNAUTÉS

L' Ecologie des communautés

!  Ecologie des communautés : études des interactions entre les organismes vivant dans une aire donnée.

!  En pratique, il est impossible d’étudier toutes les espèces d’une communauté. On se limite à des ensembles plurispécifiques définis en fonction des problématiques "!  Ex : Les poissons d’un lac"!  Ex : les graminées et les herbivores d'une prairie"

II. Les interactions dans une communautés


Types d'interaction Signes Effets de l'interaction

Compétition - / - Les deux espèces souffrent de interaction

Prédation + / - Une espèce bénéficie de l'interaction, l'autre en souffre

Mutualisme + / + Les deux espèces bénéficient de l'interaction

Commensalisme + / 0 Une espèce bénéficie, l'autre n'est pas affectée

A) Compétition : - / -

!  Il y a compétition quand deux espèces ont besoin d'une ressource en quantité limitée, de sorte que la disponibilité de la ressource pour une espèce diminue quand la deuxième espèce est présente.

!  L'intensité de la compétition augmente quand les deux espèces ont des niches écologiques similaires.

1) La niche écologique

!  Niche écologique : position occupée par une espèce dans un écosystème

!  paramètres physico-chimiques de l'environnement (température, humidité, composition chimique du sol, etc..)

!  paramètres biologiques, comme les espèces avoisinantes.

La Niche écologique !  L’habitat ne suffit pas à déterminer la niche écologique d’une espèce !  La niche écologique correspond à l’adresse et à la profession d’une

espèce.

Son adresse (Son habitat)

Lieux où elle vit, à quelle profondeur dans l'eau, à quelle hauteur dans les arbres, dans quels arbres, à quel moment de la journée, à quel moment de l'année …

Sa profession (Ce qu'elle fait)

Que mange-t-elle, par qui est-elle mangée, quelles sont les conditions nécessaires à sa reproduction, avec qui entre-t-elle en compétition, avec quels partenaires fonde-t-elle des associations, quels parasites doit-elle supporter …


La niche écologique : exemple

!  La fauvette à poitrine baie : !  L’intervalle de

température toléré !  La taille des arbres !  Hauteur du nid !  Moment de la journée où

elle s’active !  Le type d’insecte qu’elle

mange !  Ses parasites !  Ses prédateurs

Figure 3

Que se passe-t-il quand deux espèces présentent un recouvrement important de niche?

Paramecium aurelia se nourrit plus efficacement que paramecium caudatum et l’élimine.


2) Le principe de l’exclusion compétitive

Figure 4

Le principe de l’exclusion compétitive !  Deux espèces ayant des niches écologiques très similaires ne peuvent

cohabiter car l'espèce la plus adaptée à la niche va se multiplier et éliminer l’autre de la communauté.

Ecureuil gris Ecureuil roux

L'écureuil gris américain a été introduit en Grande Bretagne en 1876

Distribution des deux espèces en 1997

Figure 5

3) Niches fondamentales et niches réelles

!  Niche fondamentale: Ensemble des ressources potentielles qu’une espèce peut utiliser dans son milieu lorsque les conditions sont idéales.

!  Niche réelle ou réalisée: Ensemble des ressources réellement utilisées par une espèce en conditions naturelles. !  Compétition pour les ressources !  Contrôle par un consommateur

(prédateur ou herbivore) !  Contrôle par un parasite !  Absence d'une autre espèce (exemple

un pollinisateur)

Niche fondamentale!

Niche réelle!

Niche fondamentale et niche réelle : exemple


!  Chthamalus et Balanus sont observés dans des zones de profondeurs différentes

!  Quelles sont leurs niches fondamentales?

!  Expériences d'exclusion

Témoin Chthamalus retiré

Balanus retiré

Figure 6

Niche fondamentale et niche réelle : exemple


Chthamalus a subi une exclusion compétitive par Balanus dans la zone de profondeur plus élevée Figure 7

4) Partage des ressources !  Les espèces d'une communauté se partagent les ressources de

l'environnement : les niches de chaque espèce diffèrent par un facteur ou plus de celles des autres espèces

A. christophei

A. distichus

Microhabitats de 7 espèces de lézard Anolis dans les îles des Caraïbes Figure 8

B) La prédation au sens large (+ / -)

!  Prédation : un animal en tue un autre et le mange !  Parasitisme !  Herbivorie !  Parasitoïdes !  Pathogènes

La prédation au sens large !  Prédation !  Parasitisme : Le parasitisme est une relation dans

laquelle le parasite tire profit de l'hôte, en vivant soit à l'intérieur de l'hôte (endoparasite), soit à l'extérieur de l'hôte (ectoparasite)

!  Herbivorie !  Parasitoides !  Pathogènes

Moustiques : ectoparasites Ver solitaire : endoparasite

home

Rectangle

La prédation au sens large !  Prédation !  Parasitisme !  Herbivorie : un animal consomme une plante

!  Peut ressembler à de la prédation : la plante entière est consommée

!  Ou à du parasitisme : une partie de la plante est consommée

!  Parasitoides !  Pathogènes

La prédation au sens large !  Prédation !  Parasitisme !  Herbivorie !  Parasitoides : Organisme qui se développe aux dépens

d'un hôte dont il entraîne la mort !  Pathogènes

La prédation au sens large !  Prédation !  Parasitisme !  Herbivorie !  Parasitoides : !  Pathogènes : organismes

microscopiques qui provoquent des maladies

Pathogènes du blé

a) Adaptations des prédateurs


Tortue alligator

Guépards

b) Défenses des Végétaux

Défenses chimiques

Défenses mécaniques

Morphine (Pavot) Nicotine (Tabac) Mescaline (Cactus Peyotl)

Épines Crochets Piquants


c) Défenses des Animaux Défenses mécaniques


Défenses chimiques

Carapace Piquants Dards

Substance odorante Acide

C) Mutualisme (+ / +)

!  Mutualisme : Interaction bénéfique au deux partenaires

Mycorhize : champignon + racines

Corail : cnidaire + zooxanthelle Fourmis et accacias

D) Commensalisme (+ / 0)

!  Commensalisme : relation bénéfique pour un partenaire et neutre pour l'autre


!  A. Qu'est ce qu'une communauté? !  B. Questions en écologie des communautés

!  II. Les interactions dans une communauté !  A. Compétition !  B. Prédation !  C. Mutualisme !  D. Commensalisme

!  III. La structure des communautés !  A. Mesure de la diversité des communautés !  B. Structure trophique


III. La structure des communautés

!  A. Mesure de la diversité des communautés !  Richesse spécifique : nombre d’espèces de la communauté

!  Concept simple !  Mais dépend du nombre de prélèvements effectués !  Mais représente mal la diversité si les abondances des

différentes espèces sont très différentes

Mesure de la diversité des communautés

!  La richesse spécifique représente mal la diversité si les abondances des différentes espèces sont très différentes

!  Utilisation d'indices qui prennent en compte le nombre d'espèce et leur abondance !  Indice de Simpson :

H = 1 - Σpi2

avec pi la proportion d'individus de l'échantillon qui appartiennent à l'espèce i

H= 1 - (0.252 + 0.252 + 0.252 + 0.252 )= 0.75

H= 1 - (0.802 + 0.052 + 0.052 + 0.102 ) = 0.345 Figure 9

Facteurs qui influencent la diversité

!  Facteurs abiotiques !  Température !  Précipitations !  Lumière !  Sol, etc..

!  Facteurs biotiques !  Relations intraspécifiques !  Relations interspécifiques

B Structure trophique des communautés 1) La chaîne alimentaire

!  Les producteurs (les végétaux chlorophylliens)

!  Les consommateurs (les animaux) !  les herbivores =

consommateurs primaires !  les carnivores primaires qui se

nourrissent des herbivores = consommateurs secondaires

!  les carnivores secondaires qui se nourrissent des carnivores primaires = consommateurs tertiaires

!  Les décomposeurs (animaux détritivores, bactéries et champignons)

Figure 10

La chaîne alimentaire

!  Chaque maillon de la chaîne alimentaire est appelé un niveau trophique

!  Les producteurs constituent le premier niveau trophique

!  Les herbivores le second, etc...

Figure 11

La chaîne alimentaire

!  A chaque niveau trophique, seule 10 % de l'énergie disponible est transférée

!  En général, dans une communauté, le nombre et la biomasse des espèces diminuent quand le niveau trophique augmente !  Ex : Les carnivores sont moins nombreux

que les herbivores !  Une communauté comprend rarement plus

de 4 à 5 niveaux trophiques

Le réseau trophique

!  La plupart des espèces appartiennent à plusieurs chaînes alimentaires

!  L'ensemble de ces chaînes alimentaires forme le réseau trophique

!  Certaines espèces peuvent se trouver à plusieurs niveaux trophiques

Réseau trophique dans un écosystème forestier français

Le réseau trophique

!  La plupart des espèces appartiennent à plusieurs chaînes alimentaires

!  L'ensemble de ces chaînes alimentaires forme le réseau trophique

!  Certaines espèces peuvent se trouver à plusieurs niveaux trophiques

!  Représenter l’ensemble d’un réseau trophique est souvent impossible.

Réseau trophique simplifié dans l’Atlantique-Nord


!  A. Qu'est ce qu'une communauté? !  B. Questions en écologie des communautés

!  II. Les interactions dans une communauté !  A. Compétition !  B. Prédation !  C. Mutualisme !  Commensalisme

!  III. La structure des communauté !  A. Mesure de la diversité des communauté !  B. Structure trophique


IV. Qu'est ce qui contrôle la structure de la communauté? A Espèces dominantes et espèces clef

!  Espèce dominante : abondance ou biomasse la plus importante dans une communauté

!  Parce qu'elle est la plus compétitive !  Parce qu'elle évite efficacement la prédation

Marécage dominé par Sagittaria lancifolia et Pontederia cordata Sagittaria

lancifolia

Pontederia cordata

Espèces clés !  Les prédateurs réduisent la densité des compétiteurs forts et

empêchent ainsi l’exclusion compétitive des compétiteurs faibles. !  Ex. Pisaster ochraceus


Pisaster ochraceus

Mytilus californicus. Figure 13

Espèce clé : la pyrale d'Argentine

!  Les cactus Opuntia furent introduit en Australie par les premiers colons comme plantes ornementales et comme haies pour contrôler le bétail.

!  En 1925, 250 000 km2 étaient recouverts d'Oponces dans l'est de l'Australie

!  En 1925 : introduction de la pyrale d'Argentine, Cactoblastis cactorum

!  En 1930 les populations d'Oponces avait diminué de 90 %

!  La pyrale d'Argentine est une espèce clef dans cette communauté

Opuntia sp.

Cactoblastis cactorum

Opuntia infesté

Queensland, Australie, 1928

Queensland, Australie, 1930

B Contrôle ascendant ou descendant de la structure de la communauté? 1) Contrôle ascendant

!  Le nombre d'espèces végétale est limité par les nutriments!

!  La structure de la communauté peut être manipulée en changeant les niveaux trophiques du bas!

Herbivores!

Prédateurs!

Nutriments!

Végétaux!

2) Contrôle descendant

!  Le nombre d'herbivores est contrôlé par les prédateurs

!  Si on manipule les niveaux tropiques supérieurs, séries d'effets positifs et négatifs

Herbivores!

Prédateurs!

Nutriments!

Végétaux!

C Evolution dans le temps des communautés

Perturbation de petite échelle : chute d'un arbre!

!  On a longtemps pensé que les communautés étaient en général à l'équilibre !  On considère maintenant que les communautés changent constamment en

réponse à des perturbations de petite ou grande échelle ! Tempête !  Incendie !  Inondation !  Perturbations humaines (pollution, déforestation, etc..), etc…

Mont Saint Helens

Perturbation de grande échelle : éruption volcanique!

La succession écologique !  La succession écologique : changement au cours du temps dans la

structure d'une communauté après une perturbation. !  Succession primaire : débute dans un territoire stérile !  Exemple : colonisation après la fonte d'un glacier

Le glacier se retire, les bactéries autotrophes sont les premiers colonisateurs!

Les mousses et les lichens sont les premiers autotrophes macroscopiques; le sol se forme progressivement!

Les espèces pionières colonisent ensuite!

Succession primaire : l'île de Surtsey

!  Entre 1964 et 1965, une éruption volcanique au large de l'Islande crée l'île de Surtsey.

1970 1969 1976 En vert, les mousses, En rouge, Honckenya peploides

En jaune, d'autres espèces de plantes H. peploides

Figure 14

Succession primaire : l'île de Surtsey

1964-1965

1997

La succession écologique !  Succession secondaire : débute après une perturbation qui laisse le sol

intact

Parc du Yellowstone, USA : après l'incendie de 1988 et en 1989

Succession écologique

!  Arrivées des espèces pionnières (grand pouvoir de reproduction et de dissémination).

!  La présence de ces espèces modifie le milieu et le rend apte à l’établissement d’autres espèces.

!  Remplacement graduel d’espèces.

!  Le climax est le résultat de la succession écologique

!  Dans un climat donné, le climax est toujours le même

Succession écologique

Figure 15

Questions en écologie des communautés

!  Quels sont les effets des introductions d’espèces exotiques sur la structure et le fonctionnement des communautés?

!  Quelles sont les caractéristiques des envahisseurs? !  Quelles sont les caractéristiques des communautés envahissables

Caulerpe

Fourmi d'Argentine Perche du Nil

Ecureuil de Corée

Questions en écologie des communautés

!  Quel est l'effet des activités humaines sur la structure et le fonctionnement des communautés?

!  Quel est l'effet de la perte de la biodiversité sur le fonctionnement des communautés?

!  Quel sera l'effet du changement climatique sur le fonctionnement des communautés?

Documents

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