Écologie - CERES

Cycle pluridisciplinaire d’études supérieures, L2 Écologie 8. Popula/on et environnement Enseignant : David Claessen Centre d'enseignement de de recherches sur l'environnement et la société (CERES-­‐ERTI) et Ins?tut de Biologie de l’ENS (IBENS) École normale supérieure, 24 rue Lhomond, 75005 Paris •  Système écologique = popula?ons interconnectées + environnement physico-­‐physique •  Individus éphémères, popula/on permanente •  Popula?on : –  Transmission héréditaire des caractères –  Variabilité géné?que et phénotypique –  Adapta?on aux changements de l’environnement •  C’est donc la popula?on et non l’individu, la pièce élémentaire •  Popula?on : ensemble d’individus de même espèce –  Les limites dépendent de l’objec?f de l’étude •  Les individus communiquent, interagissent –  S’apparier pour reproduc?on, concurrence pour l’u?lisa?on des ressources (nourriture, site de ponte, abris, partenaires), coopérer (ressource, an?-­‐prédateur), transmeYre parasites, … •  Popula?on = système Le système « popula?on » Les variables d’état : Variables affectées par les processus démographiques à ciné?que, = dynamique de la popula/on Processus démographiques •  Processus démographiques – 
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Natalité Mortalité Emigra?on Immigra?on (Croissance individuelle) •  Dépendent des propriétés des individus, l’effec?f, et de l’environnement : –  système popula/on-­‐environnement •  Métapopula/on : un ensemble de popula?ons de même espèce séparées dans l’espace mais connectées par des flux d’individus ou de propagules (pollen, graines, spores) –  Unité géné?que –  Ex/nc/on/recolonisa/on •  « Popula?on fragmentée », i.e., est devenu fragmentée •  « Sous-­‐popula?ons », « Patch » •  « Sources vs puits » •  1980s, prise de conscience de l’hétérogénéité et fragmenta?on, ex?nc?ons •  Etude de dispersion L’environnement de la popula?on •  Nécessite connaître la biologie de l’organisme –  Capacités sensorielles, exigences écophysiologiques, comportement, … –  Ecologie : connaissance de la popula?on et celle de son environnement •  Environnement : –  Cadre clima?que, physico-­‐chimique –  Source de nourriture (espèces proies, éléments minéraux, ma?ère organique morte, selon les cas) –  Ennemis naturelles (prédateurs, parasites, herbivores) –  Nombreuses autres popula?ons qui peuvent interagir •  Néga?ve (compé??on), Posi?ve (mutualisme, symbiose) –  Espèces qui modifient l’environnement –  Les congénères et leurs effets Généralités •  Moyennes et variabilité des facteurs –  Dans l’espace, le temps, –  Amplitude, fréquence, prévisibilité •  Hétérogénéité –  Types de patches dans l’environnement –  Distribu?on dans l’espace –  Mouvement des individus dans l’espace •  Levins (1962), MacArthur and Levins (1964) : •  environnements à gros grain •  environnements à grain fin Trois type d’u?lisa?on du milieu •  L’environnement est donc défini par rapport au type d’organisme étudié •  Problème d’échelle •  Unité de temps : la durée moyenne qui sépare deux généra?ons successives –  Temps de généra/on, T •  Unité d’espace : la superficie moyenne du domaine vital (espace ou s’inscrivent toutes les ac?vités d’un même individu) •  No?on de prévisibilité de l’environnement –  Dans l’espace, dans le temps Southwood (1977) : classifica?on des types d’habitat Con/nue Prévisible Morcelé Imprévisible Isolé Ephémère R : diamètre moyen du domaine vital RM : longueur moyenne des déplacements de migra?on/dispersion S : taille des parcelles favorables U : taille des parcelles défavorables T : temps de généra?on H : durée ou le milieu est habitable L : période défavorable permeYant la survie Con/nue Prévisible Imprévisible Ephémère Morcelé Isolé Facteurs immédiats / ul?mes •  En: proximate factors / ul4mate factors •  Facteurs immédiats : déclenchent règlent ou perturbent actuellement le déroulement de processus biologique (comment) –  Longueur de jour, seuil thermique, déclenchement de comportement reproduc?f •  Facteurs ul/mes : facteurs qui, au cours de l’évolu?on, ont déterminé et main?ennent les modalités dudit processus (pourquoi) –  L’afflux printanier de nourriture (coïncider la naissance avec) •  Dis?nc?on pas toujours évident. Deux points de vue Effets des facteurs écologiques •  Direct ou indirect, influence sur –  individu (physiologique, comportemental) –  démographique à effet sur natalité, mortalité, migra?on –  Structure géné?que (de la pop) La probléma?que de la biologie de popula?ons Popula?on soumise au « crible » de son environnement (physique, chimique, bio?que) Popula?on s’adapte : -­‐Diversité géné?que -­‐Plas?cité phénotypique (morphologique, physiologique, comportementale, démographique) à  Structure et dynamique (en fonc?on de son environnement) -­‐dynamique écologique, -­‐dynamique géné?que (évolu?ve) Ressources •  Composants de l’environnement d’un individu ou d’une popula?on •  Défini?on (selon Tilman 1982) : •  Ressources : – 
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Sources de nourritures et cons?tuants (nutriments, énergie) Lumière Partenaires sexuels Eléments de l’espace (sites vacants pour reproduc?ons ou nourriture) •  Mais pas température (car pas consommée) Classifica?on des ressources •  Ressources subs/tuable vs essen/elles –  Deux ressource a et b sont subs?tuable ou interchangeables si la pop peut maintenir croissance en remplaçant l’une par l’autre (e.g. lapins et souris) –  Essen?elles : si la carence de l’une ne peut être compensée par l’autre (e.g. lumière, azote) •  Subs?tuable: –  Parfaitement interchangeable (e.g. proies similaires) –  Synergie entre ressources •  Complémentaire (e.g. riz et haricots, +40% protéines u?lisable) •  Antagonistes (e.g. si enzymes spécifiques pour une ressource) Géné?que des popula?ons •  Polymorphisme des popula?ons –  Diversité géné?que : >1 allèles par locus –  Individus différents •  Fréquence des gènes polymorphes –  Plantes 0,34 –  Invertébrés 0,38 –  Vertébrés 0,23 •  Morphologique (e.g. escargot des haies) ou autre Polymorphisme •  Morphologique (e.g. escargot des haies) •  Physiologique •  Démographique Polymorphisme physiologique •  Anagallis arvensis (Mouron rouge, Mouron des champs) •  Polymorphisme rela?f à la nutri?on minérale •  Sève xylémique de plantes cul?vées dans les mêmes condi?ons •  Physiologie –  Calcicole ou calcifuge (aime ou n’aime pas le calcaire) Mécanismes de la varia?on géné?que •  Dans le pops, varia?on géné?que resulte de –  Muta?ons –  Recombinaisons •  Muta?ons : –  altéra?ons ponctuelles ; ou –  remaniements chromosomiques •  Polyploïdie, inversion, transloca?on, fusion, fission Trois types de muta?ons ponctuelles Traduc?on des muta?ons ponctuelles The gene?c code Muta?ons: remaniements chromosomiques Polyploidie Recombina?on La loi de Hardy-­‐Weinberg Le coefficient de consanguinité H0 = la fréquence d’hétérozygotes AA` He = la fréquence observée, réduite par suite de la consanguinité Popula?on : taille finie, croisements non-­‐random (« non-­‐random ma?ng ») -­‐  Préference / évitement -­‐  Accouplement local dans l’espace (dispersion limitée) -­‐  La prob d’appariement est plus grande entre individus géné?quement proches -­‐  Non Hardy Weinberg! -­‐  L’ampleur de la difference : le coefficient de consanguinité, F -­‐  Popula?on de souris, locus estérase, les fréquences -­‐  (AA) 0,226 -­‐  (AA’) 0,4 -­‐  (A’A’) 0,374 E.B. Ford (1971) on the Scarlet ?ger moth Sélec?on, adapta?on, évolu?on Fitness (valeur sélec?ve) -­‐Variabilité géné?que -­‐Sélec?on 3 formes de sélec?on Adapta/on Hétérogénéité polymorphisme Adaptabilité -­‐ de l’individu (plas?cité phénotypique) -­‐ de la popula?on