Chapitre 1: Le fonctionnement des écosystèmes

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Crédits : NASA/GSFC/ARIZONA STATE UNIVERSITY

En nous!

Des mots que vous devez maitriser:

Ecosystème; communauté; biocénose; biotope; interaction; milieu; conditions abiotiques; espèces; compétition; exploitation; prédation; parasitisme; coopération; mutualisme; symbiose; biodiversité; évolution; dynamique des populations; production; matière; flux; énergie; recyclage; réseau trophique; absorption; photosynthèse; respiration; évapotranspiration; érosion; perturbation; équilibre dynamique; résilience.

L’essentiel:

Les écosystèmes sont constitués par des communautés d’êtres vivants, appelées biocénoses, qui interagissent au sein de leur milieu de vie, lequel est appelé biotope. Exemple: notre intestin et sa flore bactérienne

Le biotope est caractérisé par des conditions abiotiques que sont l’humidité, la température et la lumière. Exemple: le désert de Sonora

La biocénose est en interaction avec le biotope, la répartition des espèces s’y fait selon les conditions abiotiques du milieu. Exemple : Les cactus, les chameaux et dromadaires ne se trouvent que dans les régions désertiques

La diversité des interactions biotiques s’étudie à la lueur de leur effet sur la valeur sélective des partenaires: 

  • compétition: pour la lumière, pour l’eau, les nutriments dans toutes les forêts;
  • exploitation: prédation des grands rapaces ou parasitisme des virus; 
  • coopération: mutualisme, dont la symbiose, comme celle des plantes myrmécophiles.

Ces interactions structurent:

  • l’organisation: la biodiversité de l’écosystème, comme celle de nos intestins;
  • l’évolution: la dynamique des populations, comme l’alternance proie-prédateur;
  • le fonctionnement de l’écosystème: production par les végétaux et flux de matière entre consommateurs; réservoirs comme les hydrocarbures, recyclage de la matière organique par les champignons.

Les êtres vivants génèrent ou facilitent des flux d’énergie et de matière comme l’eau, le carbone, ou l’azote, qui :

  • entrent: absorption racinaire, photosynthèse, respiration, des végétaux; 
  • circulent: au sein du réseau trophique, comme celui dans le désert du Sonora;
  • sortent: par évapotranspiration ou par érosion de l’écosystème. 

Une partie de la matière est recyclée, notamment grâce au sol par l’intermédiaire des bactéries et des champignons : voir l’exemple du cycle du carbone. 

L’effet des écosystèmes dans les cycles géochimiques ainsi constitués, se mesure par des bilans d’entrée/sortie de matière.

Même sans l’action de l’Homme, les écosystèmes montrent une dynamique spatiotemporelle avec des perturbations (incendies, maladies) affectant les populations. 

La complexité du réseau d’interactions et la diversité fonctionnelle favorisent la résiliencedes écosystèmes, qui jusqu’à un certain seuil de perturbation, est la capacité de retrouver un état initial après perturbation. 

Un écosystème se caractérise donc par un équilibre dynamique susceptible d’être bousculé par des facteurs internes et externes. 

Débat: l’ISS a-t-elle un fonctionnement durable ?

Regardez et rédigez une réponse à cette question

Les grands biomes terrestres et aquatiques

D’après Biologie de Campbell
D’après Biologie de Campbell

Conditions climatiques et type de biome

Effets combinés de la latitude et de l’altitude

Les grands courants marins

La diversité des interactions biotiques

  • Diagramme simplifié d’un réseau alimentaire dans le désert de Sonora (USA)

D’après Campbell, « Biologie ».

  • Chaines alimentaires terrestre et marine

  • Partage des ressources au sein d’une communauté de lézards

Sept espèces de lézards du genre Anolis vivent à proximité les unes des autres à la Palma, en République dominicaine. Chaque espèce perche dans un micro-habitat spécifique caractérisé par un certain ensoleillement et par une taille particulière de végétation. 

Quel peut bien être l’intérêt d’un tel partage de l’espace et donc de la ressource pour ces 7 espèces de lézards? 

Quelle différence faites-vous entre un biotope et une niche écologique?

  • Chasse et pêche collaboratives

Ces Lycaons ou ces Pélicans blancs coopèrent pour espérer attraper des proies plus grosses qu’elles et souvent difficiles à attraper seuls; ainsi bien que tous soit associés, chaque individu se comporte de manière à maximiser ses propres bénéfices.

  • La dynamique proie-prédateur

Le cilié Didinium nasutum (en bas de la photo) est en train de dévorer un autre cilié, la paramécie (photo a). 

Expérience: les deux espèces sont cultivées ensemble.(doc b)

Que deviennent ces deux communautés au bout d’un certain temps?

Pensez-vous que cette dynamique puisse avoir lieu dans la nature, argumentez.

  • Suivi des populations de Lièvres d’Amérique et de Lynx du Canada.

Les chiffres sont fondés sur le nombre de peaux vendues par les trappeurs de la compagnie de la baie d’Hudson.

Que semble nous dire l’évolution de ces chiffres quant à la relation proie-prédateur?

Or, il se trouve que les mêmes varations de population de Lièvre s’oberservent sur des îles dépourvues de Lynx: qu’en déduisez-vous?

  • Commensalisme entre un oiseau et un mammifère

Le Héron garde-boeuf se nourrit des insectes que ce Buffle fait se lever de la végétation à son passage. 

L’avantage pour le Buffle est méconnu, ce qui ne veut pas dire qu’il n’en existe pas.

  • Mutualisme entre l’Acacia et les Fourmis.

Certains acacias d’Amérique centrale portent des épines creuses où s’introduisent des fourmis porte-aiguillon.

Les fourmis se nourrissent des nectaires et des corps de Belt, les extrémités renflées et riches en protéines des feuilles. 

Les fourmis attaquent tout ce qui touche à leur source de nourriture: elles piquent les autres insectes qui touchent à leur nourriture, elles éliminent les spores de champignons et elles rasent tous les végétaux autour des acacias.

Expérience: Dans les années 60, on réalisa l’empoisonnement des fourmis de quelques arbres d’acacia. 

Devinez le résultat ? 

Exercices:

Des flux constants de matières et d’énergie

Le cycle de l’eau

Les chiffres représentent 10exp18 grammes par année.

Le cycle du carbone

Effet d’une forêt sur le transport des nutriments

 Pyramides de productivité

Les effets des perturbations sur les écosystèmes:

https://www.reseau-canope.fr/notice/tdc-n-1001-1er-octobre-2010.html

Succession de stades sur une période de 2 siècles après le retrait d’un glacier

Le schéma-bilan de votre livre (Nathan)

QCM: Une seule bonne réponse.

1-Les relations interspécifiques:

  1. sont forcément négatives pour au moins l’un des deux partenaires;
  2. sont forcémant positives pour au moins l’un des deux partenaires;
  3. se résument à de la compétition;
  4. sont essentielles à la struturation des écosystèmes.

2-Le flux d’énergie dans un écosystème:

  1. est unidirectionnel;
  2. est recyclé grâce aux microorganismes;
  3. n’est pas quantifiable.

3-Les pyramides écologiques:

  1. évaluent la biodiversité d’un écosystème;
  2. quantifient la biomasse, le nombre d’individus et la productivité d’un écosystème;
  3. se construisent en superposant des rectangles de hauteur proportionnelle au paramètre mesuré.

4-Dans les cycles des élèments:

  1. les différents flux sont équilibrés dans un écosystème naturel;
  2. les élèments transitent forcément par le compartiment sol;
  3. les élèments transitent par tout le réseau trophique.

5-La dynamique d’un écosystème:

  1. s’arrête une fois l’équilibre atteint;
  2. est systématiquement la cause des activités humaines;
  3. se chiffre en dizaines, voire centaines d’années.

6-La résillience d’un écosystème:

  1. est sa capacité à retrouver son état initial après une perturbation;
  2. caractérise la résistance d’un écosystème à une perturbation;
  3. existe toujours quelle que soit l’intensité de la perturbation;
  4. est indépendante de la richesse spécifique d’un ecosystème.

7-La résistance d’un écosystème:

  1. désigne sa capacité à retourner à son état initial après une perturbation;
  2. est impossible du fait des activités humaines;
  3. dépend de la richesse spécifique de l’écosystème.

8-Après une perturbation irréversible:

  1. l’écosystème est définitivement dégradé et finit par mourir;
  2. l’écosystème peut évoluer encore mais il s’appauvrit;
  3. l’écosystème est capable de résilience.

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