Structure et fonctionnement des populations
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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
