La circulation de l’énergie biologique dans les écosystèmes

L’énergie

• L’énergie est la capacité d’un système à réaliser un

travail (i.e. modifier l’état d’un matériau ou le déplacer)

• Unités :

Le Joule (J)

La calorie (1 cal = 4, 1855 J)

Thermodynamique : étude des modifications énergétiques

au sein d’un système

➔ Bioénergétique

Energie potentielleIci, capacité du rocher à tomber

(dépend de l’altitude et de la pente)

Capacité à effectuer le travail lors

la chute

Energie cinétique(Ici, énergie mise en jeu lors de la

chute du rocher)

Travail effectué lors du mouvement

TravailEffort réalisé

pour mettre le

rocher en

mouvement

Consomme de

l’énergie

Exemple : j’ai une quantité de 1 litre d’eau, soit1 kg, la température de cette eau est à 20C°. Jesouhaite élever cette température de l’eau de1C°, soit à une température de 21°C en 1

seconde.La chaleur massique pour l’eau est de 4186 :cela signifie que pour augmenter de 1°C unpoids de 1kg d’eau en un temps de 1 seconde, ilfaudra injecter une quantité d’énergie de 4186Joules à 1kg d’eau ou à 1 litre d’eau pendant 1seconde.

La notion de système en thermodynamique

Ex. La cellule et son environnement

L’organisme et son environnement

Quelle est la forme de l’énergie biologique?

• De nombreuses charges électriques dans la molécule d’ATP • Instable, ‘Facile à décomposer’• La séparation du phosphate génère une énergie

mécanique qui est utilisée ensuite

Base azotée

SucreGroupes Phosphate

La molécule d’ATP –Adénosine Tri Phosphate

ATP+H20 →ADP + Pi

Les molécules NADH - Nicotinamide Adénine

Dinucléotide / NAPDH

Transfert d’électron

Le mouvement des électrons est associé à de l’énergie

(!!!la connaissance des formules n’est pas requise!!!)

Le métabolisme

Ensemble des réactions chimiques nécessaires au fonctionnement d’un organisme

Comment l’énergie est-elle incorporée dans les systèmes vivants?

Ex. Photosynthèse :

Transformation de l’énergie lumineuse en énergie

biologique

Le sucre est ensuite investi dans des voies

métaboliques produisant de l’énergie (il sert de

‘carburant’)

L’énergie ne se crée et ne se détruit pas, elle est

transformée (convertie) ➔ conservation de l’énergie

Les organismes AUTOTROPHES

La conversion de l’énergie contenue dans la lumière en énergie biologique (NADP, ATP,sucres) par la photosynthèse permet d’introduire de l’énergie dans les systèmes vivants.Grâce à la photosynthèse, les végétaux sont donc capables de produire par eux-mêmes lesmolécules organiques dont ils ont besoin pour assurer leur métabolisme : ils sont ditsAUTOTROPHES (étymologiquement « ils trouvent eux-mêmes leur nourriture »).

Les organismes HETEROTROPHESLes organismes qui ne peuvent pas réaliser la photosynthèse, sont dits HETEROTROPHES : ils doivent

puiser leur énergie en consommant les molécules organiques produites par les organismes

autotrophes.

Le papillon appelé la "feuille morte du chêne", Gastrophachaquercifolia

La truffe et ses mycorhizes

Ecureuil Le Geai des chênes

Exemples d’organismes hétérotrophes (rencontrés au niveau d’un chêne), qui ne font pas la photosynthèse

L’organite de la respiration

Production d’énergie

chez les organismes

non photosynthétiques !

La mitochondrie

L’utilisation de l’énergie chez les hétérotrophes

Une fois introduite dans le système biologique, l’énergie circule au sein de

l’écosystème selon les relations écologiques entre les espèces

Les réseaux trophiques

P ré d a te u rs

s e c o n d a i re s

P ré d a te u rs

p rim a i re s

erbivores

P l a n te s

o l

Autotrop es

étérotrop es

étérotrop es

Producteurs primaires : AUTOTROPHES…

Puis les consommateurs HETEROTROPHES

Activité : flux d’énergie et interactions écologiques au sein d’un écosystème, le chêne

Environ une centaine d’espèces cohabitent aux environs d’un chêne…Comment interagissent-elles? Comment se font les flux d’énergie?

Sur la photographie ci-contre :

-indiquez les organismes autotrophes et les organismes hétérotrophes

-indiquez les producteurs primaires et les consommateurs

-A l’aide de flèche, indiquez la circulation de l’énergie, en incluant son entrée dans l’écosystème

-Quelle réaction chimique permet à l’énergie lumineuse d’être incorporée dans l’écosystème?

-Indiquez les échanges gazeux effectués par les organismes sur la photo

Activité : flux d’énergie et interactions écologiques au sein d’un écosystème, le chêne

Définitions des interactions écologiques principales

• le mutualisme ou interaction +/+ : les deux espèces tirent un bénéfice de leurinteraction

• la prédation et le parasitisme ou interaction +/- : une espèce tire profit tandis quel’autre est soit tuée (prédation) ou nettement affectée (parasitisme)

• le commensalisme ou interaction +/0 : l’interaction est bénéfique pour une des deuxespèces tandis que l’autre n’en tire aucun avantage mais aucun inconvénient non plus

• la compétition ou interaction -/- : les deux espèces souffrent de leur interactionréciproque

• la symbiose est une interaction biologique dans laquelle les deux partenaires ne peuvent pas vivre l’un sans l’autre. C’est une association à bénéfices et inconvénients mutuels et partagés.

(Toutes ces interactions ne sont pas nécessairement présentes dans l’écosystème du chêne)

A partir des définitions proposées, déterminez les interactions écologiques impliquant les organismes présentés dans les fiches suivantes avec les autres organismes vivant dans l’écosystème du chêne

Activité : flux d’énergie et interactions écologiques au sein d’un écosystème, le chêne

Le papillon appelé la "feuille morte du

chêne", Gastrophachaquercifolia

Comme les autres papillons nocturnes, la Feuille-morte du chêne entre dans le menu des chauves-souris, des rapaces nocturnes et des oiseaux diurnes, des araignées. Les passereaux apprécient les chenilles pour nourrir leurs petits.Le stade ‘papillon’ a lieu pendant l’été. Le mimétisme avec une feuille morte est donc assez trompeur, car les feuilles sont vertes l’été

Activité : flux d’énergie et interactions écologiques au sein d’un écosystème, le chêne

La truffe et ses mycorhizes

Truffe : Association de type mychorhize entre un champignon et les racines d’un arbre, l’étendue du champignon dans le sol permet de multiplier par 1000 la surface du sol dans lequel l’arbre puise des nutriments, circulant ensuite dans la sève. Le champignon bénéficie des produits du métabolisme de l’arbre (sucre, lipides, que le champignon n’a pas à synthétiser).

https://agronomie.info/fr/mycorhizes-a-truffes/

Activité : flux d’énergie et interactions écologiques au sein d’un écosystème, le chêneLe bois mort en forêt constitue une ressource essentielle pour toute une communauté d’insectes qui s’en nourrissent dont de nombreusesespèces de coléoptères ; ils forment ce qu’on appelle la communauté saproxylique qui contribue à la décomposition de ce bois mort.Comme chez la majorité des insectes à métamorphoses complètes, l’alimentation des adultes Lucane diffère radicalement de celle des larves, cequi évite la compétition alimentaire entre ces deux phases du cycle de vie. Les lucanes adultes, mâles et femelles, se nourrissent exclusivementde liquides sucrés qu’ils « lèchent » avec une sorte de langue longue et plumeuse située entre les mandibules. En milieu forestier, ils cherchentactivement les suintements de sève sur les vieux chênes ou châtaigniers, flux plus ou moins périodiques ou liés à des blessures ou des attaquesde parasites.Les femelles, dès leur éclosion, effectuent un court vol exploratoire avant de se poser et de chercher tout en marchant un site de ponte adéquat :du bois en cours de décomposition qui servira de substrat pour nourrir les futures larves. Les accouplements ont lieu souvent sur les sitesd’écoulements de sève mentionnés ci-dessus qui attirent les adultes de loin. Une fois fécondée, la femelle s’enfonce dans le bois mort choisi poury pondre souvent suivie par un mâle qui s’accouple de nouveau ; elle choisit des racines d’arbres dépérissant, des souches vermoulues, le terreaudécomposé au cœur de vieux tronc vermoulus, des troncs morts sur pied, … La femelle peut descendre jusqu’à 75cm de profondeur dans la terrepour atteindre les racines pourrissantes, son site de ponte préféré. Là, elle dépose ses œufs presque ronds de 2mm de diamètre. Au moinscertaines femelles semblent effectuer plusieurs pontes en recommençant à chaque fois leur manège d’exploration préalable.

Pour en apprendre plus sur le Lucanehttps://www.zoom-nature.fr/le-lucane-cerf-volant-embleme-du-bois-mort/

COURS/BILAN- A Apprendre

Comment circule l’énergie entre les différents niveaux d’organisationsdu vivant, de la cellule à l’écosystème ?L’énergie est convertie en énergie biologique par la photosynthèse,réalisée par les organismes AUTOTROPHES : c’est la voie d’entrée del’énergie dans les systèmes biologiques. La photosynthèse se réalise dansles cellules pourvues de Chloroplastes. Cependant, les produits de laphotosynthèse peuvent circuler dans l’ensemble de l’organisme par lessèves. Ainsi, les sucres peuvent être stockés dans les fruits ou lestubercules associés aux racines (sous forme d’Amidon par ex.)Les organismes hétérotrophes consomment les végétaux autotrophes(leurs feuilles, leurs fruits, leurs tubercules), le sucre produit alimentantleur métabolisme (respiration, fermentation). Les organismeshétérotrophes peuvent aussi réaliser des symbioses (associations àbénéfices et inconvénients mutuels et partagés). Les organismeshétérotrophes peuvent aussi se consommer entre eux : par exemple, unoiseau peut manger un ver de terre. Se mettent alors en place deschaînes alimentaires, encore appelées RESEAUX TROPHIQUES,gouvernées par les interactions écologiques entre les organismeshétérotrophes, comme par exemple la prédation. Ces chainesalimentaires permettent de faire circuler les molécules contenant del’énergie biologiques (sucres) entre les différents organismes composantun écosystème.Chez les organismes autotrophes, l’Amidon est la forme de stockage duglucose, tout comme la cellulose. Chez les hétérotrophes, la molécule estle glycogène. La présence de réserves optimise le transfert d’énergielorsque les organismes les contenant sont consommés.

Echanges d’énergie entre niveaux d’organisation

La définition des milieux intérieurs et extérieurs c ange avec le niveau d’organisation considéré

Comprendre les modalités des échanges d’énergie entre les niveaux d’organisation.

Comment l’énergie rentre dans un système, comment elle y circule.