Cours Bio 3

Biol 101 CM 3
Il existe plus de 8millions d’espèces dans le monde. Au moins 10 ordre de grandeur
entre la plus petite forme de vie et la plus grande (de 10-6 à 104 tonnes).
Comprendre le fonctionnement de la Nature implique d’identifier des lois générales,
permettant de prédire le fonctionnement, la dynamique des entités écologiques.
La vie est maintenue par le flux, le stockage et le renouvellement de 3 composantes :
 L’énergie
 La matière
 L’information
Lier les différentes échelles d’organisation (cellule, organes, individus, populations,
peuplements)
Par exemple :
 La production primaire d’un écosystème est la somme des fixations de carbone de
tous les autotrophes.
 Le taux de croissance d’une population est le taux d’incorporation d’énergie et de
matière dans de nouveaux individus.
 L’information échangée par les chants d’oiseaux est générée par transformation de
l’énergie métabolique en ondes sonores.
Origine commune de la vie :
Reproduction/Croissance Besoin d’énergie
Métabolisme
Similarité d’échelle
Quelques lois générales en écologie

Le métabolisme d’un organisme inclut l’assimilation des ressources depuis l’environnement,
a transformation de ces substances au sein du corps, l’allocation de ce composés pour la
maintenance, la croissance, la reproduction, l’excrétion des déchets vers l’environnement
extérieur.
Le métabolisme :
 Contrôle les processus écologiques à l’échelle des individus, des populations et des
écosystèmes.
Métabolisme de base (basal) :
 Besoins énergétiques « incompressibles » de l’organisme  Maintenance
 Dépense d’énergie minimum quotidienne assurant la survie de l’organisme
 Consommation d’énergie pour maintenir des fonctions vitales (cœur, cerveau,
respiration, digestion, maintien de la température du corps).
Les organismes prélèvent l’énergie nécessaire à leur métabolisme dans leur environnement
 nourriture
Les besoins énergétiques des organismes varient en fonction de leur tailles et leur
température corporelle (endothermes) / température du milieu (ectothermes).
Comment aborder les différentes échelles ?
Différents types de relations allométriques :
 Allométrie positive :
 Croissance relative plus rapide d’une partie d’un organisme ou fonction
physiologique par rapport à la croissance globale de cet organisme.
Etude de l’évolution des traits et
des processus l’un par rapport à
l’autre
Relations
allométriques
Par exemple : Traits
physiologiques
métabolisme/taille (masse)
du corps

 Allométrie Négative :
 Croissance relative moindre d’une partie d’un organisme ou fonction
physiologique par rapport à la croissance globale de cet organisme.
 Isométrie :
 Croissance relative d’une partie d’un organisme ou fonction physiologique
identique à la croissance globale de cet organisme.
De nombreuses caractéristiques fondamentales des organismes peuvent se résumer en une
relation allométrique : loi de puissance
Y= a x MB
Avec a=Constante
B (beta) =exposant d’échelle allométrique
M= masse de l’organisme
Linéarisation de la relation : Log(Y) = Log(a) + BLog (M)
Relation allométrique du métabolisme
Historique
 1920 : Huxley identifie la relation de puissance entre des attributs biologique et la
masse  relation allométrique
 1930 : Brody
 1932 : Kleiber
Théorie métabolique de l’écologie
Développée par West, Brown et Enquist :
B = Bo x Mα x e-E/kt
Avec B = Variable dépendante
Bo = Constante de normalisation
M = Loi de puissance associée à la masse du corps (Influence de la masse)

-E/kt = Fonction d’Arrhenius : dépendance exponentielle des processus vis-à-vis de la
température : E = énergie d’activation (0,65eV)
K = constante de Blotzmann Influence de la température
T = température (Kelvin)
Fonction d’Arrhenius
E est approximativement 0,65eV pour a respiration aérobie et les processus dépendants de
la respiration, et 0,30 pour les processus associés à la photosynthèse.
kT est le produit de la constante de Boltzmann et de la température absolue.
Unité de k (des joules par Kelvin)  le produit de ces deux éléments est une énergie, qui
dépend donc de la température.
Ce modèle permet de prendre en compte :
 15 ordres de grandeur dans le taux métabolique
 20 ordres de grandeur dans la masse du corps
 40°C de variabilité dans la température du corps
Un objet fractal :
 Détails similaires à des échelles arbitrairement petites ou grandes
 Trop irrégulier pour être décrit efficacement en termes géométriques traditionnels
 Autosimilarité : c’est-à-dire que tout est semblable à une de ses parties
La structure de ces réseaux présente 3 propriétés principales :
 Le branchage hiérarchique pour soutenir / alimenter l’ensemble du volume de
l’organisme en 3D
 Les unités terminales (capillaires, pétioles) ne varient pas avec la taille de l’organisme
 La sélection naturelle à induit une optimisation hydrodynamique du flux au sein du
réseau pour minimiser le cout énergétique nécessaire à la distribution des
ressources.
Ainsi approximativement : le métabolisme contrôle le rythme de la vie et le taux de tous les
processus écologique soutenus par la biologie.

Hypothèse d’équivalence énergétique
Energie métabolique B=M0 ,75 Densité N=M-0,75
Les populations de toutes les espèces absorbent la même quantité totale d’énergie de leur
environnement par unité de volume ou d’aire d’habitat.
Les humains et les primates ont une fécondité plus faible que les autres mammifères.
Le taux métabolique es associé à l’allocation d’énergie soutenant la fécondité d’après la
relation : F α B-1/3
Diminution de la fécondité avec la consommation énergétique.
Exemple : l’énergie totale utilisée (pétrolé, etc…) pour une femme US est équivalent à un
taux métabolique prédit pour un primate de 30 tonnes !
La fertilité des femmes américaines est similaire pour ce qui serait prédit pour un primate de
cette taille …
Energie pour une population
E=B x N
E= M0,75 + (-0,75) = M0