Protocole expérimental

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Patrick Barrette
il y a 7 ans
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1 Protocole expérimental Vincent GARDEUX 12 octobre Introduction : Les expériences suivantes visent à montrer la coévolution plantes/créatures au sein d un même écosystème simplifié. Nous verrons en premier lieu comment évoluent les populations des 2 types d agents placés ensemble dans un environnement stable. C est-à-dire, dans un premier temps, essayer de faire apparaître des courbes populationnelles ayant un comportement semblables aux courbes de Lokta-Volterra. Puis nous chercherons à montrer que les génotypes des 2 espèces parviennent à s adapter, d une part pour résister aux attaques des créatures et d autre part pour devenir plus efficace dans la recherche de plantes comestibles. Puis, nous verrons les rôles que peuvent prendre la pollinisation ou la dispersion de graines dans l évolution d une population de plante, et comment les animaux peuvent favoriser cette évolution. 1

2 2 Expériences 2.1 Expérience 1 : Dynamique populationnelle Plantes/Créatures. En s interessant aux différentes courbes de coévolution entre plantes et herbivores, on remarque que différents comportements peuvent apparaitre, comme le montre Robert J. Hudson dans Temporal and spatial dynamics of natural grazing systems. Fig. 1 Interactions of plants and herbivore populations. Ces courbes sont sensiblement similaires aux courbes d évolution populationnelles décrites par le modèle de Lokta-Volterra. Surtout pour les courbes typiques oscillatoires. Notre première expérience vise donc à placer des agents plantes et creatures dans un même environnement afin d observer l évolution de leur population au cours du temps. Le but étant d observer une dynamique populationnelle propre. Pour celà, nous feront évoluer préalablement des plantes et des créatures afin d obtenir des génotypes viables. Puis nous fixeront des génotypes afin d étudier uniquement les variations de populations des 2 espèces. 2.2 Expérience 2 : Coévolution Plantes/Créatures. Dans un second temps, nous reprendrons l expérience précédente mais en laissant l évolution possible pour les 2 espèces, afin de constater l émergence de réaction défensives pour les plantes ou au contraire de comportements permettant aux créatures de trouver plus facilement de la nourriture. 2

3 2.3 Expérience 3 : Pollinisation de Plantes. Ensuite nous pouvons mettre en évidence l importance des animaux et en particulier des insectes dans la pollinisation des plantes. source : R.W. Rust, B.E. Vaissière, P. Westrich, Pollinator biodiversity and floral resource use in Ecballium elaterium (Cucurbitaceae), a Mediterranean endemic,apidologie 34, p.29-42, source : L Arboriculture Fruitière, N 567. Janvier Nous savons que l abeille se nourrit de nectar et de pollen, elle a un besoin vital de la fleur. La fleur est souvent dans le même cas. La reproduction des plantes à fleur nécessite, pour qu il y ait fécondation, le rapprochement des grains de pollen, éléments mâles, et des stigmates ou ovules, éléments femelles. La difficulté tient au caractère statique des plantes, ainsi qu à la distance qui peut séparer plantes mâles et femelles. La question de la prise en charge et du transport du pollen est cruciale pour les plantes : il s agit de la pollinisation. Le pollen peut être transporté par le vent, l eau ou par certains animaux comme les oiseaux et surtout les insectes. Dans le cas précis des insectes, la plante est dite entomogame et la pollinisation entomophile. Le plus souvent, les insectes qui visitent les fleurs sont à la recherche de nourriture. Mais les plantes sont aussi des refuges, des lieux de repos ou de reproduction. Fig. 2 Fonction de dispersion du pollen Le but serait alors de montrer qu avec une pollinisation uniquement due au vent, les plantes se développent plus difficilement car très peu de fleurs parviennent à etre fécondées et donc peu de graines sont créées. En contrepartie, avec l introduction de créatures se nourrissant du nectar des fleurs et pouvant ainsi propager du pollen de fleur en fleur, on remarquerait un développement plus rapide des plantes. 3

4 Fig. 3 Effets des distributeurs de pollens sur la nouaison et la fructification dans une parcelle monovariétale d abricotiers Robada (COV) à Allex 2.4 Expérience 4 : Dispersion des graines des plantes. Dans la même optique de développement et de dispersion des plantes, une autre expérience s appuyant sur le phénomène de la symbiose cactus/lézard est réalisable. source : Héctor Godìnez-Álvarez, Pollination and seed dispersal by lizards : a review, Revista Chilena de Historia Natural 77 : , source :Jonathan Beard, Heated exchange preserves life in desert, New Scientist, 03 July En effet, dans ces documents, on apprend que dans les déserts sableux de la côte Brésilienne, le lézard Tropidorus torquatus et le cactus Melocactus violaceus évoluent grace à un arrangement inhabituel qui bénéficie aux deux espèces : Le cactus fournit de l eau et de la nourriture au lézard tandis que celui-ci lui permet de disperser ses graines en retour. En fait, ils ne peuvent pas germer sans être passés préalablement par l appareil digestif du lézard. Chaque jour le cactus produit entre 1 et 4 petits fruits roses. Ils sont alors mangés par les lézards qui se nourrissent de leur nectar et sont digérés dans l appareil digestif du lézard où ils peuvent germer. Les graines sont donc ensuite dispersées par les lézards. Les lézards permettent également la pollénisation des cactus en transportant le pollen sous leur abdomen de plante en plante. Cette expérience ayant le même but que l expérience précédente mais cette fois-ci en s appuyant sur la dispersion des graines plutôt que sur leur quantité. 4

3 Expériences futures : 3.1 Coévolution Proie/Prédateur Le premier type d expériences connu et réalisable dans notre domaine sont les expériences du type proies/prédateurs.

5 3 Expériences futures : 3.1 Coévolution Proie/Prédateur Le premier type d expériences connu et réalisable dans notre domaine sont les expériences du type proies/prédateurs. En créant 2 types de créatures : des proies et des prédateurs, et en se focalisant sur les interactions de ces 2 especes, on pourrait tenter de corréler les résultats avec des courbes typiques issues du modèle de Lokta-Volterra et qui a déjà été observé dans la nature. En effet, les données de terrain présentent parfois un aspect oscillatoire qui a été expliqué par une interaction entre proies et prédateurs. C est le cas des fluctuations du nombre de lynx et de lièvres (estimé à partir du nombre de peaux de ces animaux rapportées par les trappeurs de la baie d Hudson) et enregistrées par la compagnie de la baie d Hudson pendant une centaine d années. Fig. 4 Interactions Lièvre-Lynx On voit sur ce graphique la représentation classique des fluctuations de populations entre proies et prédateurs. Ces oscillations se retrouvent dans de nombreux cas et peut être interpolé en équations en se servant par exemple du modèle de Lokta-Volterra. Le but de cette expérience étant de valider notre modèle à partir d un modèle classique de dynamique populationnelle. 5

6 3.2 Coévolution Herbivore/Carnivore/Plantes Sur un autre niveau, nous pourrions reprendre l expérience précédente et cette fois-ci étudier le comportement global d une population d Herbivore, Carnivore et Plantes. 3.3 Evolution de l atmosphère Nous pourrons, dans des expériences futures d interactions plantes/animaux, tenter de correler les taux de CO 2 et O 2 de l atmosphère avec la quantité de plante et d animaux présents dans l environnement. Afin de retrouver les courbes environnementales instables propres à la Terre : Fig. 5 This graph shows the amount of Carbon Dioxide in the atmosphere during the last 400,000 years until 1950 source : J.R. Petit, J. Jouzel, et al., Climate and atmospheric history of the past years from the Vostok ice core in Antartica, Nature 399(3 June), pp ,

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