Les écosystèmes - Fondation La main à la pâte

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Les écosystèmes
Auteurs
: Didier Pol(plus d'infos)
Résumé
L’ensemble des êtres vivants d’un milieu donné constitue ainsi avec lui un
: ensemble fonctionnel. Pour qualifier cet ensemble, le botaniste anglais
Arthur Tansley a proposé en 1935 le terme d’écosystème
Publication
: 1 Avril 1998
.
Qu’appelle-t-on écosystème ?
Les espèces vivantes, en nombre considérable, ont colonisé la plupart des milieux de la
planète, y compris ceux qui semblent les plus hostiles, comme les déserts, les sources d’eau
très chaudes ou les eaux extrêmement salées. Pour survivre et perpétuer l’espèce, chaque
être vivant dépend d’une multitude d’interactions établies avec d’autres êtres vivants ainsi
qu’avec son environnement inanimé, qu’il s’agisse du sol, de l’eau, de la lumière, du climat,
etc.
Chaque être vivant d'un écosystème dépend des interactions avec les autres êtres vivants et
avec son environnement inanimé
L’ensemble des êtres vivants d’un milieu donné constitue ainsi avec lui un ensemble
fonctionnel. Pour qualifier cet ensemble, le botaniste anglais Arthur Tansley a proposé en
1935 le terme d’écosystème qui correspond à l’unité écologique de base. Pour qualifier un
milieu et les conditions qui le caractérisent, Tansley a également inventé le terme de biotope.
Enfin, l’ensemble des êtres vivants qui peuplent un biotope donné est appelé biocénose. On
peut ainsi écrire : écosystème = biotope + biocénose.
Cette simple définition recouvre cependant des réalités complexes et extrêmement variées.
D’une part, les limites géographiques d’un écosystème sont parfois difficiles à tracer et elles
peuvent aussi varier dans le temps. D’autre part, un écosystème donné fait souvent partie
d’un ensemble plus vaste comportant plusieurs écosystèmes différents, qualifié de complexe
écologique. En outre, en dehors des variations liées aux saisons, les écosystèmes peuvent
être affectés par diverses fluctuations temporelles (hauteur d’eau liée aux marées, cours
d’eau et mares temporaires, inondations, etc.) qui modifient la répartition des êtres vivants.
Enfin, si les écosystèmes évoluent au cours du temps jusqu’à atteindre un état d’équilibre
appelé « climax », ce dernier peut être aisément rompu si le fonctionnement de l’écosystème
est perturbé, en particulier par les activités humaines.
La lumière du Soleil est la source d’énergie à la base des
écosystèmes
Les écosystèmes sont caractérisés notamment par leurs réseaux trophiques, c'est-à-dire par
les réseaux complexes de relations alimentaires établies entre les êtres vivants. Ces réseaux
sont traversés par un flux de matière, chaque espèce pouvant servir de nourriture à une ou
plusieurs autres espèces. En dehors de quelques cas très particuliers et extrêmement
minoritaires, comme les sources hydrothermales du fond des océans, tous les écosystèmes
dépendent fondamentalement d’une même source d’énergie, la lumière du Soleil, car c’est la
photosynthèse qui est à l’origine de la matière organique circulant d’un organisme à l’autre.
La photosynthèse, réalisée exclusivement par les organismes chlorophylliens (plantes,
algues, phytoplancton), utilise l’énergie lumineuse émise par le Soleil pour produire de
l’énergie chimique sous forme de matière organique à partir du gaz carbonique et de l’eau.
La photosynthèse par les organismes chlorophylliens est à la base des écosystèmes
Parce qu’ils sont capables de produire leur matière organique à partir de précurseurs d’origine
minérale, les organismes chlorophylliens sont qualifiés d’autotrophes (du grec autos, soimême et -trophê, nourriture). Comme ils sont à l’origine de la matière organique qui circule
dans les écosystèmes, on les qualifie également de producteurs primaires. Tous les autres
êtres vivants sont des hétérotrophes (du grec heteros, autre et -trophê, nourriture) et sont
qualifiés de consommateurs. Ils élaborent néanmoins eux aussi de la matière organique qui
peut servir de nourriture à d’autres consommateurs, ce qui conduit à les considérer
également comme des producteurs. Il s’agit de producteurs secondaires lorsqu'ils se
nourrissent de producteurs primaires, de producteurs tertiaires s'ils se nourrissent de
producteurs secondaires, etc. Enfin, certains microorganismes permettent le recyclage de la
matière organique en transformant les déchets ou les cadavres en matières minérales et sont
donc qualifiés de décomposeurs. Les substances résultant de la minéralisation de la matière
organique, comme le dioxyde de carbone, les nitrates ou l’ammoniaque, sont recyclées
lorsqu’elles sont absorbées par les producteurs primaires.
Relations entre producteurs primaires, consommateurs et décomposeurs dans un écosystème
La masse de matière vivante porte le nom de biomasse, mais il faut également prendre en
compte la masse de matière organique morte dont le rôle est important. La biomasse varie
dans de larges limites selon les écosystèmes, essentiellement en fonction des conditions du
biotope. On l’évalue ainsi de quelque 20 tonnes par hectare dans les déserts à quelque 500
t/ha dans les forêts équatoriales. Dans un écosystème en équilibre, la biomasse des trois
catégories d'organismes, producteurs primaires, consommateurs et décomposeurs, reste
sensiblement constante au cours du temps.
La nourriture consommée par un être vivant est diversement utilisée par son organisme. Une
partie sert de matériaux de construction pour la croissance et le renouvellement de
l’organisme, une partie sert de source d'énergie chimique assurant le fonctionnement de
l’organisme (fermentations, respiration, maintien d’une température constante chez les
oiseaux et les mammifères), une partie enfin n'est pas utilisable et constitue des déchets.
Enfin, comme dans toute transformation énergétique, les diverses transformations chimiques
qui se produisent chez un être vivant s'accompagnent de pertes sous forme de chaleur.
Finalement, seule une faible fraction de la matière organique consommée se retrouve
incorporée dans les molécules organiques d’un organisme consommateur : les transferts de
matière organique qui s'effectuent entre un être vivant et celui qui le mange s'accompagnent
donc de pertes importantes liées au fonctionnement même des êtres vivants. Étant donné
que la matière organique transférée représente l'énergie chimique potentielle utilisable par un
consommateur, le flux d'énergie au sein d'un réseau trophique s'accompagne de pertes
considérables. Par exemple, lorsque une vache consomme une quantité d’herbe dont
l’énergie potentielle est de 3 000 kJ, on évalue l’énergie utilisée pour le fonctionnement de
l’organisme et perdue sous forme de chaleur à 1 000 kJ, celle correspondant à la matière non
assimilée (excréments) à 1 900 kJ et celle utilisée à l’élaboration de matière disponible pour la
croissance à seulement 100 kJ.
Toutefois, dans un écosystème, si l’énergie perdue sous forme de chaleur est irrécupérable, il
n'en est pas de même des déchets matériels. Le dioxyde de carbone produit par la respiration
et certaines fermentations redevient disponible pour les organismes chlorophylliens, de même
que les substances issues de la minéralisation des déchets organiques par les
microorganismes décomposeurs. Les cadavres subissent le même sort que les déchets
organiques lorsqu’ils ne servent pas de nourriture aux nombreux animaux nécrophages. Ainsi,
si le flux énergétique dans un écosystème est unidirectionnel, les flux de matière constituent
en revanche des cycles (cycles du carbone, de l'azote, du soufre, etc.).
Finalement, tous les êtres vivants sont interdépendants : les consommateurs dépendent des
producteurs primaires, mais l'approvisionnement des producteurs primaires en substances
minérales dépend aussi de la minéralisation des substances organiques provenant de tous
les êtres vivants. L'entretien de ce cycle vital, dont chaque maillon a son importance,
nécessite un apport d'énergie assuré par le Soleil.
Les relations entre les différents êtres vivants d’un
écosystème sont de nature variée
Dans un écosystème, chaque espèce vivante a une place et un rôle déterminés. Elle y trouve
notamment ses ressources alimentaires et son habitat, a son propre rythme d’activité et
entretient des relations variées avec d’autres espèces de l’écosystème. On parle de niche
écologique pour qualifier la place et le rôle uniques d’une espèce donnée dans un
écosystème. Deux espèces différentes ne peuvent occuper une même niche écologique :
lorsque deux espèces entrent en compétition pour une même niche, l’une des deux finit par
en être éliminée. C’est pourquoi l’introduction dans un écosystème d’espèces étrangères est
à proscrire : lorsqu’elles entrent en compétition avec des espèces locales occupant la même
niche écologique, ces dernières risquent d’être éliminées. Ainsi, l’introduction en France
d’espèces américaines d’écrevisse a conduit à la quasi disparition des espèces autochtones.
De la même façon, les tortues de Floride relâchées dans la nature entrent en compétition
avec la cistude, une tortue aquatique d’Europe, dont l’espèce est désormais menacée de
disparition.
La tortue de Floride : une espèce envahissante
Les relations trophiques (alimentaires) entre les divers organismes d’un écosystème sont
extrêmement complexes : le nombre d'espèces différentes constituant une biocénose peut
être très important, un même être vivant peut se nourrir de différentes espèces et une même
espèce peut servir de nourriture à de nombreuses espèces différentes. En outre, toutes les
espèces sont susceptibles d’héberger des parasites variés qui en exploitent la matière
organique et se multiplient à leurs dépens. Cependant, les relations contractées entre les
espèces constituant une biocénose ne sont pas uniquement de nature alimentaire. Il peut
s’agir de relations concernant la protection, le transport ou la reproduction.
Elles peuvent être facultatives, comme dans le commensalisme où une espèce profite d’une
autre sans lui nuire, par exemple les moineaux et l’homme.
Dans le mutualisme l’association procure des avantages aux deux partenaires. C’est par
exemple le cas entre les anémones de mer et les poissons-clowns, rendus célèbres par un
dessin animé à succès. Le poisson trouve une protection au milieu des tentacules de
l’anémone qu’il nettoie en retour et défend contre certains prédateurs. Des crustacés
(crevettes, crabes) peuvent aussi établir le même type de relations avec l’anémone.
Les relations peuvent être beaucoup plus étroites, comme dans les symbioses qui sont
également à bénéfice mutuel mais sont le plus souvent obligatoires et impliquent aussi des
échanges nutritifs. Ainsi, les coraux vivent en symbiose avec des algues unicellulaires sans
lesquelles leur croissance est très faible. Les lichens sont constitués de l’association
symbiotique entre un champignon et une algue ou une cyanobactérie.
Les lichens sont un exemple de symbiose obligatoire
La reproduction de diverses espèces animales nécessite que les œufs soient pondus sur ou
dans un organisme d’une autre espèce, plante ou animal. Ainsi, les galles, excroissances
arrondies observées à la surface de feuilles, résultent de la réaction de la feuille à la ponte de
divers insectes et contiennent une ou plusieurs larves. D’autres insectes déposent leurs œufs
dans le corps d’un autre animal où ils vont se développer à ses dépens. Quant à la
reproduction de la majorité des plantes à fleur, elle dépend de leur pollinisation par des
animaux qui se nourrissent du nectar et/ou du pollen des fleurs.
Addons
Insectes et plantes à fleur sont étroitement interdépendants
La dissémination des semences de nombreuses espèces de plantes dépend aussi des
animaux sur lesquels elles s’accrochent ou qu’ils avalent. Comme le montrent ces quelques
exemples, les relations entre les espèces peuplant un écosystème peuvent être extrêmement
complexes.
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