Agepur ecologie 4 Population 2013

Aménagement et Gestion Ecologiques des Paysages Urbains (Agepur)
2013-2014
La population
Luc Abbadie
UMR « Bioemco »
Université Pierre et Marie Curie
Ecole Normale Supérieure
Université Paris-Est, AgroParisTech
C.N.R.S., I.R.D, I.N.R.A.
46 rue d’Ulm, 75005 Paris cedex 05
[email protected]
www.biologie.ens.fr/bioemco/
•  1. Concept de population
•  2. Structure des populations
–  2.1. Effectif et densité
–  2.2. Structure démographique
–  2.3. Structure génétique
–  2.4. Concept de métapopulation
•  3. Dynamique de l’effectif des populations
•  1. Concept de population
•  Une population est un ensemble d’individus
appartenant à une même espèce et occupant une
portion définie de l’espace et du temps.
Question des limites.
•  Les individus peuvent interagir: se reproduire,
entrer en concurrence pour l’accès aux ressources,
se transmettre des informations, etc. La population est un système.
•  Les individus réagissent à l’environnement et
peuvent agir sur l’environnement (physico-chimie,
parasites, prédateur, climat).
L’ensemble formé par la population et
l’environnement est un système.
Diverses échelles spatiales possibles pour
l’étude des populations d’orchidée Ophrys
aurelia et Ophrys scolopax
Etude d’une population de mésanges
charbonnières pendant plusieurs générations
Barbault R. 2000. Ecologie générale. Structure et fonctionnement de la biosphère. Dunod, Paris
Il y a souvent une certaine part d’arbitraire dans la
fixation des limites spatiales et temporelles d’une
population. Cet arbitraire doit être raisonné et explicite
•  1. Concept de population
•  2. Structure des populations
•  Une population est caractérisée par des
variables d’état:
–  Effectif (nombre) ou densité (nombre rapporté
à l’espace).
–  Distribution spatiale des individus (voir cours
suivant).
–  Structure démographique.
–  Structure génétique (fréquence des allèles).
–  Organisation sociale.
•  1. Concept de population
•  2. Structure des populations
–  2.1. Effectif et densité
Estimer l’effectif et la densité des populations
-  Abondance relative: à partir d’indices d’abondances;
l’effectif réel demeure inconnu (Exemple: pelotes de réjection
des rapaces)
-  Abondance absolue: -  comptage direct et exhaustif
-  échantillonnage (méthode des quadrats)
-  capture-recapture
Temps t: a animaux capturés
Temps t+1: b animaux capturés, dont c marqués au temps t
Effectif N = ab/c
- Densité =
N / surface ou N / volume
•  1. Concept de population
•  2. Structure des populations
–  2.1. Effectif et densité
–  2.2. Structure démographique
Pyramide des âges de populations humaines
(Mexique: potentiel de croissance rapide; Suède: en déclin; Québec: équilibré)
•  1. Concept de population
•  2. Structure des populations
–  2.1. Effectif et densité
–  2.2. Structure démographique
–  2.3. Structure génétique
•  Chaque gène peut être représenté par des allèles différents.
•  Les divers individus d’une même population sont donc
génétiquement différents.
•  Les divers individus d’une population sont donc
phénotypiquement différents: les populations sont
polymorphes.
•  Le polymorphisme des populations peut résulter des
mutations des gènes (altérations ponctuelles, remaniements
chromosomiques) ou de recombinaison entre gènes
(crossing-over entre chromosomes homologues).
Les populations sont soumises au crible de l’environnement: les
facteurs ultimes exercent une pression sélective sur les individus et
déterminent les caractéristiques à long terme des populations
Barbault R. 2000. Ecologie
générale. Structure et
fonctionnement de la biosphère.
Dunod, Paris
•  Chaque gène peut être représenté par des allèles différents.
•  Les divers individus d’une même population sont donc
génétiquement différents.
•  Les divers individus d’une population sont donc
phénotypiquement différents: les populations sont
polymorphes.
•  Le polymorphisme des populations peut résulter des
mutations des gènes (altérations ponctuelles, remaniements
chromosomiques) ou de recombinaison entre gènes
(crossing-over entre chromosomes homologues).
•  La variation génétique de la population peut aussi faire
intervenir des individus provenant d’une autre population,
à la structure génétique différente ou, parfois, d’individus
appartenant à une espèce différente (transferts de
plasmides entre bactéries).
•  1. Concept de population
•  2. Structure des populations
–  2.1. Effectif et densité
–  2.2. Structure démographique
–  2.3. Structure génétique
–  2.4. Concept de métapopulation
•  Les populations fonctionnent rarement isolément les unes
des autres, même si elle sont séparées dans l’espace. Il
existe des échanges d’individus entre populations, ce qui
maintient l’unité génétique de l’ensemble. Un tel ensemble
constitue une métapopulation.
•  Les échanges d’individus au sein d’une métapopulation
dépend fortement des capacités de dispersion de l’espèce.
•  Une population qui subit un morcellement de son milieu de
vie ou un effondrement de son effectif peut se fragmenter
et fonctionner, parfois, comme une métapopulation.
•  Les échanges d’individus entre populations peuvent être
dissymétriques: certaines populations fonctionnent comme
puits, d’autres comme sources d’individus.
Fonctionnement en métapopulation
du criquet migrateur en Afrique
Populations sources
Populations
puits
A certaines époques,
l’aire de répartition du
criquet (populations
puits) peut atteindre
mille fois celle des
criquets des populations
sources
b: taux de natalité
d: taux de mortalité
e: taux d’émigration
i: taux d’immigration
•  1. Concept de population
•  2. Structure des populations
–  2.1. Effectif et densité
–  2.2. Structure démographique
–  2.3. Structure génétique
–  2.4. Concept de métapopulation
•  3. Dynamique de l’effectif des populations
•  Une population est caractérisée par des variables
d’état:
–  Effectif (nombre) ou densité (nombre rapporté à
l’espace).
–  Distribution spatiale des individus (voir cours suivant).
–  Structure démographique.
–  Structure génétique (fréquence des allèles).
–  Organisation sociale
•  La valeur prise par ces variables d’état dépend des
processus démographiques dont la variation
temporelle confère une certaine dynamique à la
population.
La dynamique des populations est régulée par quatre
processus démographiques
Natalité B
Emigration E
Immigration I
Mortalité D
Barbault R. 2000. Ecologie générale. Structure et fonctionnement de la biosphère. Dunod, Paris
La variation de l’effectif N d’une population pendant un
intervalle de temps donné (entre t et t+1) est fonction du
nombre de naissances B, du nombre de morts D, du nombre
d’immigrants I et du nombre d’émigrants E
Nt+1 = Nt + B + I - D -E ΔN = Nt+1 - Nt La variation de l’effectif N d’une population pendant un
intervalle de temps donné, entre t et t+1, est fonction du nombre
de naissances B, du nombre de morts D, du nombre
d’immigrants I et du nombre d’émigrants E
Nt+1 = Nt + B + I - D -E ΔN = Nt+1 - Nt Simplifions !
-  Une population sans émigration ni immigration: ΔN = B - D
-  Des taux de natalité et de mortalité constants: B = bN et D = dN (b = taux de natalité, d = taux de mortalité)
ΔN = r.Nt
avec r = b - d
Soit r le taux
d’accroissement
instantané de la
population
dN / dt = r N
Nt = N0ert avec N0 = effectif au
temps 0
Exemples de dynamiques
de populations
Barbault R. 2000. Ecologie générale. Structure et fonctionnement de la biosphère. Dunod, Paris
Barbault R. 2000. Ecologie générale. Structure et
fonctionnement de la biosphère. Dunod, Paris
Les croissances exponentielles ne sont observées dans
la nature que sur des périodes de temps limitées. La
taille des populations peut-être limitée (régulée) par
l’environnement physique et par d’autres organismes.
Les autres populations limitent la taille d’une population par
prédation, herbivorie, parasitisme, compétition pour les
ressources. La compétition est d’autant plus forte que l’effectif de
la population est élevée.
Capacité limite K
dN/dt = r(1-N/K)N
Modèle
logistique
d’accroissement
des populations
Les courbes de croissance de type sigmoïde sont
fréquemment observées dans la nature
K
K
K
Begon M., Harper J.L. & Toxnsend C.R. 1996. Ecology. Individuals,
populations and communities. Blackwell Science, Oxford