Structure et fonctionnement
des populations
• Ecologie des populations: Analyse des variations de
taille des populations, compréhension des mécanismes
sous-jacents
• Le concept de population : ensemble d’individus qui
échangent gènes entre eux
• Qu’est-ce qu’un individu?
- La notion d’organisme unitaire
- La notion d’organisme modulaire: croissance par
répétition de modules fondamentaux
Quelques exemples d’organismes modulaires
Lentilles d’eau
Fraisiers
Hydres d’eau douce
Organismes modulaires qui se fragmentent lors de leur croissance
Saxifrages
Coraux
Organismes formant des colonies de modules
• Distinction individu génétique – individu module
• Un individu génétique = 1 à n modules
Estimation de l’effectif d’individus d’une population
•
Impossible de compter tous les individus d’une population!
•
a)
Méthodes de capture-marquage-recapture
Population d’effectif N inconnu, capture et marquage d’un
effectif n
L’effectif n se redistribue aléatoirement dans la population
Recapture d’un effectif N’ d’individus, dont n’ sont marqués
n’/N ’ = n/N
b)
c)
d)
N’ * n
N=
n’
MAIS… différents stades
d’existence des
organismes …
La notion de cycle de vie
•
•
Prend en compte phases clef de l’existence des organismes,
qui conditionnent abondance des populations d’une
espèce donnée
Cycle de vie schématique
Pré-reproduction
Croissance
Effort
reproducteur
Reproduction
Post-reproduction
Sénescence
Différents types de cycles de vie (i)
Définitions:
1. Cycle de vie annuel – pérenne
2. Cycle de vie semelpare – itéropare
Exemples:
•
Cycle de vie annuel, semelpare: plantes annuelles
Cas particulier des annuelles désertiques, des mauvaises herbes
des cultures: plusieurs années de vie sous forme de graines
•
Cycle de vie annuel, itéropare: certains Orthoptères
Différents types de cycles de vie (ii)
• Cycle de vie pérenne, semelpare: certains Poissons (Saumons,
Anguilles), Nématodes marins, Bambous, plantes ‘’bisannuelles ’’
• Cycle de vie pérenne, itéropare: Vertébrés, arbres forestiers…
Chez certaines espèces: effort reproducteur continu lors de la
phase de reproduction (Ficus tropicaux, Rutacées cultivées)
Dynamique des populations: natalité et
mortalité
•
Conséquences des épisodes de natalité et de mortalité sur la taille
des populations?
•
Notion de cohorte d’individus: ensemble d’individus de la même
population, nés au même moment
•
•
Outil de suivi d’une cohorte: la table de survie
6 paramètres par table de survie:
•
6 paramètres par table de survie:
Classe d’âge
Nombre de survivants dans la classe d’âge a x
% de la cohorte ayant survécu jusqu’à cette classe d’âge l x
Descendants produits par chaque classe d’âge F x
Nombre moyen de descendants par adulte survivant mx = Fx / a x
Nombre de descendants par individu initial pour chaque classe
d’âge l x m x
•
Σ l x m x = R = taux de reproduction = Σ F x / a 0
•
•
•
Si R<1, population en décroissance
Si R = 1, population à l’équilibre
Si R >1, population en croissance
Exemple de table de survie d’une population en croissance
Phlox drumondii, plante annuelle
R = Σ lx mx = Σ Fx / a0 = 2.41
Exemple de table de survie d’une population en
décroissance
Marmota flaviventris, Mammifère
R = Σ lx mx = Σ Fx / a0 = 0.67
Représentation graphique des tables de survie (i)
• La notion de courbe de survie
• % de la cohorte ayant survécu
en fonction de l’âge
• l x = f (âge)
• Inconvénients de ce type de
représentation: l’allure de la
courbe de survie est fonction de
l’effectif
Exemple de courbe de survie
chez Phox drumondii
Représentation graphique des tables de survie (ii)
• Passage au log 10 l x
• Avantage: la diminution
d’effectif d’une population d’un
facteur donné aura toujours la
même représentation
• log 10 l x = f (âge)
• 6 premiers mois :déclin
relativement rapide de la taille
de la cohorte
• Phase adulte: taux mortalité
stable
• Sénescence rapide avec forte
mortalité
Exemple de courbe de survie
chez Phox drumondii
Différents types de courbes de survie (i)
• Synthèse de ces informations:
3 catégories de courbes de
survie
• Représentation log10 lx =
f (âge) et probabilité mortalité
à un âge donné
• Type I: mortalité faible pour
juvéniles et adultes
exemple: populations
humaines des pays
industrialisés
Différents types de courbes de survie (ii)
• Type II: mortalité constante et
indépendante de l’âge
exemple: survie des graines
d’une banque de graines
• Type III: mortalité forte pour
juvéniles, probabilité de survie
relativement stable ensuite
exemple: type le plus répandu
pour populations sauvages
d’animaux et de plantes
Synthèse cycles de vie – probabilités de
survie: les stratégies r et K
•
•
•
•
•
•
•
Une quantité de ressources limitée pour chaque organisme, à
allouer à la reproduction ET à la survie
Des allocations reproduction – survie dépendantes du cycle de vie
Des courbes de survie dépendantes du cycle de vie
=> Deux types de stratégies: r et K
Espèces à stratégie r: cycle de vie court, effort reproducteur
rapide et intense au détriment de la survie
Espèces à stratégie K: cycle de vie long, effort reproducteur tardif
et modéré, survie longue
Relation avec dynamique des populations de chaque stratégie
Structure et dynamique des populations et
compétition intra-spécifique
• Un effet de la densité des
populations sur leurs
paramètres démographiques
• Exemple chez Erophila verna
(Brassicaceae): courbes de
survie variables suivant la
densité de semis initiale
- faible densité: type I
- densité moyenne: type II
- forte densité: type III
Définition de la compétition
• Compétition : interaction entre individus, issue
d’un même besoin en une/des ressource(s), et
aboutissant à une diminution de la survie /
croissance / reproduction de tout ou partie des
individus concernés
• La compétition, via les variations de densité des
populations, influe sur les taux de mortalité et de
natalité
Compétition intra-spécifique: impacts
démographiques
• Point d’intersection entre
la courbe de mortalité et
celle de natalité
• A cette densité, natalité =
mortalité; population en
équilibre
• Point d’équilibre = K
= capacité limite du
milieu
Formalisation théorique (i)
•
•
•
•
N = taille population
t = temps
b = taux natalité
d = taux mortalité
dN / dt = bN – dN
dN / dt = N (b – d)
dN / dt = r N, accroissement
exponentiel si r>0 et pas
de compétition
Formalisation théorique (ii)
• Impact compétition sur r,
d’autant plus que N s’approche
de K
• r = 0 quand K est atteint
(K – N) = nbre individus pouvant
s’ajouter dans le milieu
(K – N) = % de K atteinte
K
dN / dt = rN K – N
K
Structure et dynamique des populations et
compétition inter-spécifique
• Compétition inter-spécifique: réduction de survie
/ croissance / reproduction des individus d’une
espèce, consécutive à l’exploitation des ressources
et donc à l’interférence créée par les individus
d’une autre espèce
• Des effets multiples sur les populations:
- Dynamique des populations des espèces en compétition
- Distribution des espèces
- Composition des communautés d’espèces
Structure des communautés d’espèces et
compétition inter-spécifique
• 2 espèces de Diatomées:
Asterionella formosa et
Cyclotellla meneghiniana
• La quantité de ressources en
SiO2 et PO4 conditionne la
composition de la
communauté d’espèces
• => les conditions de milieu
nécessaires à la survie d’une
espèce sont modifiées par la
compétition inter-spécifique
Le concept de niche écologique
• Ensemble des conditions environnementales et des ressources
nécessaires à la survie d’une espèce
• Représentation d’une niche écologique en 1, 2, 3 dimensions…
MAIS la niche est un volume à n dimensions, défini par l’intervalle
de variation de chaque paramètre nécessaire à la survie d’une espèce
Le principe d’exclusion compétitive
(ou principe de Gause)
•
Situation de compétition dans un environnement
stable
1. Si 2 sp. en compétition, elles ne peuvent coexister
que par différenciation de leurs niches écologiques
2. S’il n’y a pas de différenciation des niches
écologiques, l’une des espèces élimine l’autre espèce
MAIS…
Compétition entre espèces et
hétérogénéité environnementale
• Compétition / coexistence
entre Postelia (Algue brune,
annuelle) et Mytillus
californicus (Mollusque)
Compétition entre
espèces et
évolution
• 14 espèces de Pinsons de Darwin sur les
îles Galapagos, 1 ancêtre commun
• Chaque espèce a une niche bien
différenciée
• La sélection naturelle favorise une
diminution de la compétition interspécifique
Structure et dynamique des populations et
peuplements: la prédation
• Définition: consommation d’un organisme (proie)
par un autre organisme (prédateur), proie vivante
(différence fondamentale avec
décomposeurs/détritivores)
• Tous les organismes sont soit des proies, soit des
prédateurs, soit les 2!
Classification fonctionnelle des prédateurs
• A relier au comportement de
recherche des proies
a) Prédateurs vrais et brouteurs
b) Prédateurs « sit and wait »
c) et d) Prédateurs parasites et
pathogènes.
- Proie = hôte
- association étroite hôte - parasite
- Transmission via contact ou
milieu abiotique
Impact de la prédation sur les individus (i)
• Impact variable suivant type
fonctionnel de prédateur!
• Impact des prédateurs brouteurs:
analyse sur 5 clones de Salix
cordata
• 3 traitements d’herbivorie par
Coléoptères phytophages
• Effet intensité prédation MAIS
différences fortes entre génotypes
Impact de la prédation sur les individus (ii)
• La notion de réponses de compensation des proies
• La notion de défenses induites par la prédation
• Chez Ascophyllum nodosum, production de phlorotannins
accrue en présence de prédateurs (genre Littorella)
Impact de la prédation sur les populations
• Comparaison dynamique des
populations de proies avec/sans
prédateurs
• Dynamique des populations du
Coléoptère Pladia interpunctella
en présence/absence de
l’hyménoptère prédateur
parasitoide Venturia canescens
=> Applications dans les méthodes
de lutte biologique contre les
ravageurs
Dynamique des populations de proies - prédateurs
Pourquoi des cycles d’abondance des proies et des prédateurs?
t0
t1
t3
t2
Dynamique cyclique des maladies à microparasites
• L’importance du taux de
transmission pour ces
maladies:
>1, épidémie
<1, l’épidémie s’arrête
• Pourquoi une dynamique
cyclique?
• Exemples: oreillons en GB,
cycles de 1-2 ans; coqueluche
en GB avec cycles de 3-4 ans
Oreillons
Coqueluche
Prédation, structure et dynamique des
communautés (i)
• La prédation induit des
perturbations dans les
communautés, qui interagissent
avec les processus d’exclusion
compétitive
• La notion de coexistence entre
espèces via la prédation
(predator-mediated coexistence)
• Exemple des communautés
végétales soumises au broutage
en Ethiopie
Prédation, structure et dynamique des
communautés (ii)
• Impact de la densité de Littorina
littorea sur le nombre moyen
d’espèces d’algues dans les
flaques du bord de mer
• Enteromorpha intestinalis (algue
verte) élimine Chondrus crispus
(algue brune), sauf en présence de
prédateurs
• Impact des autres niveaux
trophiques de prédation: Crabes et
Mouettes
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