LV335, Effet de l`environnement sur les organismes

Effets de l’environnement
sur les organismes
vivants
S. Barot
IRD, UMR 137
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LV 335, Effets de l’environnement , Barot
Plan
 Qu’est ce que l’environnement?
 Les différents effets de l’environnement
 Notion de niche écologique
 Adaptations à l’environnement
 Notion de plasticité phénotypique
 Conclusion
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LV 335, Effets de l’environnement , Barot
Qu’est ce que
l’environnement?
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Quels sont le paramètres de son
environnement?
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De nombreuses interactions
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Environnement biotique / abiotique
 Environnement biotique:
Toutes les espèces qui interagissent avec
l’espèce étudiée
Prédateur, proie, parasite
 Environnement abiotique
Paramètres physicochimiques
Température, humidité, pH de l’eau,
lumière…
 Le cours est centré sur l’environnement
abiotique!!!
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Type de paramètres
 Ressources
L’eau
Le CO2, la lumière et les sels minéraux
(plantes)
 Milieu de vie
Température
Humidité de l’air, Lumière, pH de l’eau, pH
du sol, Salinité du sol ou de l’eau
 Support physique
Sol, rochers, sédiments d’un lac …
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Trois types de milieu avec des
contraintes différentes
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Facteurs importants en milieu aquatique
 Température
 Lumière
 Contenu en différents ions (salinité… )
 Contenu en matière organique morte
 Courants
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Facteurs importants en milieu terrestre
aérien
 Température
 Lumière
 Humidité de l’air
 Vent
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Facteurs importants du milieu ‘‘sol’’
 Température
 Humidité
 Contenu en ions
 Contenu en matière
organique morte
 Texture et structure
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L’environnement est variable dans le
temps et l’espace
Variabilité temporelle
Cyclique
Envt
Envt
Constant
t
t
Catastrophe
Envt
Envt
Aléatoire
t
t
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Envt
Envt
Envt
Envt
Envt
Envt
Paramètres de la variabilité temporelle
Minimum
Maximum
Amplitude
Variabilité
totale
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Paramètres de la variabilité temporelle
Envt
Envt
Envt
Envt
Moyenne
Durée des
évènements
extrêmes
 Description mathématique
Moyenne, variance, maximum, minimum,
auro-corrélation, période
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L’environnement est variable dans le
temps et l’espace
Hétérogénéité spatiale
Homogène / hétérogène
Échelle de l’hétérogénéité
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Hétérogénéité spatiale
Moyenne
Maximum,
minimum,
amplitude
10
100
-10
 Description mathématique
Moyenne, variance, maximum, minimum,
auro-corrélation spatiale, géostatistique
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L’environnement est variable dans le
temps et l’espace
 Parallèle entre la variabilité et l’hétérogénéité
Envt
Y
temps ou distance
X
 Même façon de les décrire
mathématiquement
 Conséquences de la variabilité et de
l’hétérogénéité?
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Facteurs importants en milieu aquatique
 Milieu assez homogène (brassage, diffusion)
 Milieu assez constant (sauf la lumière)
 Stratification verticale (lumière, température,
sédimentation)
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Facteurs importants en milieu terrestre
aérien
 Variabilité temporelle très forte (lumière,
température, humidité)
 Hétérogénéité venant surtout du sol, de la
topographie, et des autres organismes
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Facteurs importants du milieu ‘‘sol’’
 Température assez
stable. Sauf à l’échelle
des saisons
 Humidité très variable
 Hétérogénéité très
forte à toute les
Échelles (eau, MO)
 Stratification verticale
(MO, humidité …)
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Les différents effets de
l’environnement
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Différentes échelles d’organisation
 L’individu
 La population
 L’espèce
Différentes échelles
temporelles
Krigia dandelion
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Effet à l’échelle de l’individu
 Augmente ou diminue la survie
 Augmente ou diminue la croissance
 Augmente ou diminue la fécondité
 Augmente ou diminue la dispersion
 Modifie le comportement (dispersion,
foraging, comportements sociaux…)
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Effet à l’échelle de l’individu
 Existence d’un optimum
 Imbrication des conditions pour la
Reproduction / croissance / survie
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Optimum
Paramètre de l’envt
Paramètre de l’envt
Performance
Performance
Paramètre de l’envt
Poisons
Plateau
Performance
Performance
Différents types de relation
Paramètre de l’envt
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Effet à l’échelle de la population
 Croissance ou décroissance d’une
population
 Extinction d’une population
 Détermine les limites spatiales de la
population
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Effet à l’échelle de l’espèce
 Répartition géographique de l’espèce
(biogéographie)
 Répartition des individus à l’intérieur de
l’aire géographique
 Autres effets?
Evolution darwinienne!
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Effets sur la croissance
Avec
‘‘terra
preta’’
Sans
‘‘terra
preta’’
 Principe de toutes les expériences
agronomiques
 Engrais, irrigation ….
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Cas d’une orchidée
Carte géologique
Répartition géographique
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Mécanisme
 Craie : pH élevé
 Toxicité directe
 Effet indirecte sur la disponibilité des ions
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Exemple des vers de terre
 Milieu plus ou moins riche en nourriture
(MO)
 Nourriture peu énergétique
 Nécessité de maintenir son humidité
Mouvements
verticaux
Diapause
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Exemple de la salinité de l’eau
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Variation de nombreux paramètres à la fois
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Causes de la répartition des espèces?
 Survie non possible au-delà d’un certain seuil
‘‘espèce non adaptée’’
 Croissance individuelle plus faible,
croissance de la population plus faible
+ compétition avec espèces mieux adaptées
Interactions entre relations biotiques et abiotiques
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Un effet physiologique universel
 Loi du Q10
 L’activité chimique et biologique augmente
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Échanges de chaleur
 Autre flux?
Homéotherme / poïkilotherme
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Échanges de chaleur
+ Formes de résistance
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Notion de niche écologique
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Définition
 Ensemble des conditions permettant à un
organisme de croître, survivre et se
reproduire
 C’est un hypervolume à N dimensions
Humidité
Température
Température
Etc ….
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Niche potentielle / niche réalisée
 Niche potentielle : si l’espèce est seule
 Niche réasliée : espèce en compétition
Niche potentielle
Température
Compétiteurs
Niche réalisée
Température
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Conséquences de la notion de niche
 Coexistence d’espèces ayant des niches
différentes
Température
 L’évolution devrait ‘‘pousser’’ les espèces à
avoir des niches différentes
Température
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Beaucoup de possibilités de
coexistence
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Adaptation à
l’environnement
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Mutations/recombinaison
Variabilité
phénotypique
Environnement
Sélection
Interactions
écologiques
Changement dans les
fréquences alléliques
Evolution
directionnelle
Spéciation
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Cas du phalène du bouleau
Populations ancestrales claires
Populations modernes
en Angleterre sombre
 Quel est le trait qui a évolué?
 Quelle est la variable environnementale qui a changé?
 Quelle est la pression de sélection?
Couleur des ailes
Couleur des troncs de bouleau
Prédation par les oiseaux
Adaptation = mimétisme
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Encore une fois,
Interactions entre relations biotiques
et abiotiques
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Différentes stratégies
 Moyens pour acquérir une ressource limitante
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 Moyens pour acquérir une ressource limitante
Profondeur (cm)
Densité racinaire (kg /m3)
Sous bosquet (sans Rônier)
Hors bosquet
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 Stratégies pour maintenir l’homéostasie
 Conservation
 Réserve
 Élimination
 Diapause, hibernation
 Formes de résistance
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 Déplacement
Migrations
Déplacements à plus
petite échelle
 Et les plantes?
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Envt
Y
temps ou distance
X
 Dispersion dans le temps ou l’espace
 Est-ce aussi facile de disperser dans le
temps et l’espace?
Longévité
Forme de résistance Dispersion entre
les générations 51
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La plasticité phénotypique
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Définition de la notion de plasticité
Génotype 2
Phénotype
Environnement Génotype
Génotype 1
Phénotype
Environnement
 Effet de l’environnement sur le phénotype
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Différents types de plasticité
 Plasticité ‘‘passive’’ / ‘‘active’’
Ex : croissance / comportement
 Plasticité ‘‘réversible’’ / ‘‘irréversible’’
Ex : comportement / germination
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Signification évolutive
 L’environnement n’est pas constant
Au cours de la vie d’un organisme
Entre les générations … mais plus vite que
l’évolution darwinienne (changements génétiques)
 Avantageux
Phénotype
d’avoir un
génome
permettant une
réponse du
phénotype à
l’environnement
Génotype 2
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Génotype 1
Environnement
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Exemples
 Maturation sexuelle chez un palmier
amazonien
 Mimétisme
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Limites de la plasticité
 Contraintes dues au développement
 Coût de la plasticité
Système de perception
Coût de la modification
 Environnement difficile à prédire dans le
temps et l’espace
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Conclusion
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 Phénomène universel
 L’environnement comme pression de
Sélection et moteur de l’évolution
 Interactions entre milieu abiotique (physicochimique) et biotique (les autres
organismes, prédation, compétition)
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