L'écologie. Introduction à l écologie des communautés. Différents types de niveau d organisation correspondent à différents domaines de l écologie

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1 Introduction à l écologie des communautés L'écologie! Ecologie : des mots grecs "Oikos", maison / habitat, et "logos", discours / étude! Ecologie : Science qui étudie les organismes (leur distribution et leur abondance), toutes les interactions qu ils ont avec leur milieu ainsi que les conséquences de ces interactions.! Le niveau d organisation et d interaction considéré peut être très variable Les différents niveaux d'organisation Différents types de niveau d organisation correspondent à différents domaines de l écologie! Organe! Individu! Ecophysiologie! Ecologie du comportement Biosphère Ecosystèmes! Population! Espèce! Communauté! Dynamique des populations! Biologie de la conservation! Ecologie des communautés Communautés! Paysage! Biosphère! Ecologie du paysage! Etude de la biodiversité Populations! Etude des changements globaux Figure 1 Individus Chaque niveau d'organisation a des propriétés émergentes Deux approches distinctes Pourquoi étudier l'écologie?! Ecologie fonctionnelle : Le fonctionnement de l organisme ou l écosystème est le sujet de l étude. Par fonctionnement on entendra en particulier les flux de matières et d énergie.! Pour comprendre comment les systèmes naturels fonctionnent! Pour comprendre quel est l'impact des activités humaines sur le fonctionnement des écosystèmes! Pour permettre aux décideurs de mettre en place des pratiques écologiquement correctes (ex: développement durable)! Ecologie évolutive : Les mécanismes de l évolution sont utilisés pour comprendre les différences observées entre espèces. Figure 2

2 Comment étudier l'écologie L écologie des communautés! A l'aide de la méthode scientifique :! Observation et description! Etablissement d'hypothèses pour expliquer les observations! Test des hypothèses! Expérience à petite, moyenne ou large échelle! Expériences naturelles! Modélisation Biosphère Ecosystèmes Communautés Populations Individus Introduction à l'écologie des communautés! I. Introduction! Qu'est ce qu'une communauté?! II. Les interactions dans une communauté! A. Compétition! Niche écologique! Exclusion compétitive! B. Prédation! C. Mutualisme! D. Commensalisme! III. La structure des communautés! A. Mesure de la diversité des communautés! B. Structure trophique! IV. Qu'est ce qui contrôle la structure de la communauté?! A. Espèces dominantes et espèces clef! B. Ascendant ou descendant?! C. Perturbation et évolution dans le temps des communautés! Conclusion! Applications de l'écologie des communautés I. Qu'est ce qu'une communauté écologique?! Définition : L ensemble de populations animales et végétales qui vivent dans une aire donnée, à un moment donné, et qui interagissent.! Les plantes, les animaux et les microorganismes d'une communauté sont liés par des relations alimentaires (qui consomme qui?) et par d'autres types d'interactions L' Ecologie des communautés II. Les interactions dans une communautés! Ecologie des communautés : études des interactions entre les organismes vivant dans une aire donnée.! En pratique, il est impossible d étudier toutes les espèces d une communauté. On se limite à des ensembles plurispécifiques définis en fonction des problématiques "! Ex : Les poissons d un lac"! Ex : les graminées et les herbivores d'une prairie" Types d'interaction Signes Effets de l'interaction Compétition - / - Les deux espèces souffrent de interaction Prédation + / - Une espèce bénéficie de l'interaction, l'autre en souffre Mutualisme + / + Les deux espèces bénéficient de l'interaction Commensalisme + / 0 Une espèce bénéficie, l'autre n'est pas affectée

3 A) Compétition : - / - 1) La niche écologique! Il y a compétition quand deux espèces ont besoin d'une ressource en quantité limitée, de sorte que la disponibilité de la ressource pour une espèce diminue quand la deuxième espèce est présente.! L'intensité de la compétition augmente quand les deux espèces ont des niches écologiques similaires.! Niche écologique : position occupée par une espèce dans un écosystème! paramètres physico-chimiques de l'environnement (température, humidité, composition chimique du sol, etc..)! paramètres biologiques, comme les espèces avoisinantes. La Niche écologique! L habitat ne suffit pas à déterminer la niche écologique d une espèce! La niche écologique correspond à l adresse et à la profession d une espèce. Son adresse (Son habitat) Sa profession (Ce qu'elle fait) Lieux où elle vit, à quelle profondeur dans l'eau, à quelle hauteur dans les arbres, dans quels arbres, à quel moment de la journée, à quel moment de l'année Que mange-t-elle, par qui est-elle mangée, quelles sont les conditions nécessaires à sa reproduction, avec qui entre-t-elle en compétition, avec quels partenaires fonde-t-elle des associations, quels parasites doit-elle supporter La niche écologique : exemple! La fauvette à poitrine baie :! L intervalle de température toléré! La taille des arbres! Hauteur du nid! Moment de la journée où elle s active! Le type d insecte qu elle mange! Ses parasites! Ses prédateurs Figure 3 2) Le principe de l exclusion compétitive Que se passe-t-il quand deux espèces présentent un recouvrement important de niche? Le principe de l exclusion compétitive! Deux espèces ayant des niches écologiques très similaires ne peuvent cohabiter car l'espèce la plus adaptée à la niche va se multiplier et éliminer l autre de la communauté. Paramecium aurelia se nourrit plus efficacement que paramecium caudatum et l élimine. L'écureuil gris américain a été introduit en Grande Bretagne en 1876 Figure 5 Figure 4 Distribution des deux espèces en 1997 Ecureuil gris Ecureuil roux

4 Niche fondamentale et niche réelle : exemple 3) Niches fondamentales et niches réelles Niche fondamentale! Niche réelle! Niche fondamentale: Ensemble des ressources potentielles qu une espèce peut utiliser dans son milieu lorsque les conditions sont idéales. Niche réelle ou réalisée: Ensemble des ressources réellement utilisées par une espèce en conditions naturelles. Compétition pour les ressources Contrôle par un consommateur (prédateur ou herbivore) Contrôle par un parasite Absence d'une autre espèce (exemple un pollinisateur) Chthamalus et Balanus sont observés dans des zones de profondeurs différentes Quelles sont leurs niches fondamentales? Expériences d'exclusion Figure 6 Témoin Chthamalus retiré Balanus retiré Niche fondamentale et niche réelle : exemple 4) Partage des ressources Les espèces d'une communauté se partagent les ressources de l'environnement : les niches de chaque espèce diffèrent par un facteur ou plus de celles des autres espèces A. distichus Chthamalus a subi une exclusion compétitive par Balanus dans la zone de profondeur plus élevée Figure 7 B) La prédation au sens large (+ / -) La prédation au sens large Prédation : un animal en tue un autre et le mange Parasitisme Herbivorie Parasitoïdes Pathogènes A. christophei Microhabitats de 7 espèces de lézard Anolis dans les îles des Caraïbes Figure 8 Prédation Parasitisme : Le parasitisme est une relation dans laquelle le parasite tire profit de l'hôte, en vivant soit à l'intérieur de l'hôte (endoparasite), soit à l'extérieur de l'hôte (ectoparasite) Herbivorie Parasitoides Pathogènes Moustiques : ectoparasites Ver solitaire : endoparasite

5 La prédation au sens large La prédation au sens large Prédation Parasitisme Herbivorie : un animal consomme une plante Peut ressembler à de la prédation : la plante entière est consommée Ou à du parasitisme : une partie de la plante est consommée Prédation Parasitisme Herbivorie Parasitoides : Organisme qui se développe aux dépens d'un hôte dont il entraîne la mort Pathogènes Parasitoides Pathogènes La prédation au sens large a) Adaptations des prédateurs Prédation Parasitisme Herbivorie Parasitoides : Pathogènes : organismes microscopiques qui provoquent des maladies Guépards Tortue alligator Pathogènes du blé c) Défenses des Animaux b) Défenses des Végétaux Défenses chimiques Défenses chimiques Morphine (Pavot) Nicotine (Tabac) Mescaline (Cactus Peyotl) Défenses mécaniques Défenses mécaniques Épines Crochets Piquants Substance odorante Acide Carapace Piquants Dards

6 C) Mutualisme (+ / +) D) Commensalisme (+ / 0) Mutualisme : Interaction bénéfique au deux partenaires Commensalisme : relation bénéfique pour un partenaire et neutre pour l'autre Mycorhize : champignon + racines Corail : cnidaire + zooxanthelle Fourmis et accacias Introduction à l'écologie des communautés I. Introduction II. Les interactions dans une communauté A. Compétition B. Prédation C. Mutualisme D. Commensalisme A. Mesure de la diversité des communautés Richesse spécifique : nombre d espèces de la communauté Concept simple Mais dépend du nombre de prélèvements effectués Mais représente mal la diversité si les abondances des différentes espèces sont très différentes A. Mesure de la diversité des communautés B. Structure trophique IV. Qu'est ce qui contrôle la structure de la communauté? A. Espèces dominantes et espèces clef B. Ascendant ou descendant? C. Perturbation et évolution dans le temps des communautés Mesure de la diversité des communautés III. La structure des communautés A. Qu'est ce qu'une communauté? B. Questions en écologie des communautés III. La structure des communautés La richesse spécifique représente mal la diversité si les abondances des différentes espèces sont très différentes Facteurs qui influencent la diversité Facteurs abiotiques Utilisation d'indices qui prennent en compte le nombre d'espèce et leur abondance Indice de Simpson : H = 1 - Σpi2 avec pi la proportion d'individus de l'échantillon qui appartiennent à l'espèce i Figure 9 H= 1 - ( )= 0.75 Facteurs biotiques H= 1 - ( ) = Température Précipitations Lumière Sol, etc.. Relations intraspécifiques Relations interspécifiques

7 B Structure trophique des communautés 1) La chaîne alimentaire! Les producteurs (les végétaux chlorophylliens)! Les consommateurs (les animaux)! les herbivores = consommateurs primaires! les carnivores primaires qui se nourrissent des herbivores = consommateurs secondaires! les carnivores secondaires qui se nourrissent des carnivores primaires = consommateurs tertiaires La chaîne alimentaire! Chaque maillon de la chaîne alimentaire est appelé un niveau trophique! Les producteurs constituent le premier niveau trophique! Les herbivores le second, etc...! Les décomposeurs (animaux détritivores, bactéries et champignons) Figure 10 Figure 11 La chaîne alimentaire Le réseau trophique! A chaque niveau trophique, seule 10 % de l'énergie disponible est transférée! En général, dans une communauté, le nombre et la biomasse des espèces diminuent quand le niveau trophique augmente! Ex : Les carnivores sont moins nombreux que les herbivores! Une communauté comprend rarement plus de 4 à 5 niveaux trophiques! La plupart des espèces appartiennent à plusieurs chaînes alimentaires! L'ensemble de ces chaînes alimentaires forme le réseau trophique! Certaines espèces peuvent se trouver à plusieurs niveaux trophiques Réseau trophique dans un écosystème forestier français Le réseau trophique! La plupart des espèces appartiennent à plusieurs chaînes alimentaires! L'ensemble de ces chaînes alimentaires forme le réseau trophique! Certaines espèces peuvent se trouver à plusieurs niveaux trophiques! Représenter l ensemble d un réseau trophique est souvent impossible. Introduction à l'écologie des communautés! I. Introduction! A. Qu'est ce qu'une communauté?! B. Questions en écologie des communautés! II. Les interactions dans une communauté! A. Compétition! B. Prédation! C. Mutualisme! Commensalisme! III. La structure des communauté! A. Mesure de la diversité des communauté! B. Structure trophique! IV. Qu'est ce qui contrôle la structure de la communauté?! A. Espèces dominantes et espèces clef! B. Ascendant ou descendant?! C. Perturbation et évolution dans le temps des communautés Réseau trophique simplifié dans l Atlantique-Nord

8 Espèces clés IV. Qu'est ce qui contrôle la structure de la communauté? A Espèces dominantes et espèces clef Espèce dominante : abondance ou biomasse la plus importante dans une communauté Parce qu'elle est la plus compétitive Parce qu'elle évite efficacement la prédation Marécage dominé par Sagittaria lancifolia et Pontederia cordata Les prédateurs réduisent la densité des compétiteurs forts et empêchent ainsi l exclusion compétitive des compétiteurs faibles. Ex. Pisaster ochraceus Pisaster ochraceus Sagittaria lancifolia Pontederia cordata Figure 13 Mytilus californicus. Espèce clé : la pyrale d'argentine Les cactus Opuntia furent introduit en Australie par les premiers colons comme plantes ornementales et comme haies pour contrôler le bétail. En 1925, km2 étaient recouverts d'oponces dans l'est de l'australie En 1925 : introduction de la pyrale d'argentine, Cactoblastis cactorum En 1930 les populations d'oponces avait diminué de 90 % La pyrale d'argentine est une espèce clef dans cette communauté Opuntia sp. Cactoblastis cactorum Opuntia infesté Queensland, Australie, 1928 B Contrôle ascendant ou descendant de la structure de la communauté? 1) Contrôle ascendant Prédateurs! Le nombre d'espèces végétale est limité par les nutriments! Herbivores! La structure de la communauté peut être manipulée en changeant les niveaux trophiques du bas! Végétaux! Nutriments! Queensland, Australie, 1930

9 2) Contrôle descendant! Le nombre d'herbivores est contrôlé par les prédateurs! Si on manipule les niveaux tropiques supérieurs, séries d'effets positifs et négatifs Prédateurs! Herbivores! Végétaux! C Evolution dans le temps des communautés! On a longtemps pensé que les communautés étaient en général à l'équilibre! On considère maintenant que les communautés changent constamment en réponse à des perturbations de petite ou grande échelle! Tempête! Incendie! Inondation! Perturbations humaines (pollution, déforestation, etc..), etc Nutriments! Perturbation de petite échelle : chute d'un arbre! Mont Saint Helens La succession écologique! La succession écologique : changement au cours du temps dans la structure d'une communauté après une perturbation.! Succession primaire : débute dans un territoire stérile! Exemple : colonisation après la fonte d'un glacier Perturbation de grande échelle : éruption volcanique! Le glacier se retire, les bactéries autotrophes sont les premiers colonisateurs! Les mousses et les lichens sont les premiers autotrophes macroscopiques; le sol se forme progressivement! Les espèces pionières colonisent ensuite! Succession primaire : l'île de Surtsey Succession primaire : l'île de Surtsey! Entre 1964 et 1965, une éruption volcanique au large de l'islande crée l'île de Surtsey. Figure En vert, les mousses, En rouge, Honckenya peploides En jaune, d'autres espèces de plantes H. peploides

10 La succession écologique! Succession secondaire : débute après une perturbation qui laisse le sol intact Succession écologique! Arrivées des espèces pionnières (grand pouvoir de reproduction et de dissémination).! La présence de ces espèces modifie le milieu et le rend apte à l établissement d autres espèces.! Remplacement graduel d espèces.! Le climax est le résultat de la succession écologique! Dans un climat donné, le climax est toujours le même Figure 15 Parc du Yellowstone, USA : après l'incendie de 1988 et en 1989 Succession écologique Questions en écologie des communautés! Quels sont les effets des introductions d espèces exotiques sur la structure et le fonctionnement des communautés?! Quelles sont les caractéristiques des envahisseurs?! Quelles sont les caractéristiques des communautés envahissables Ecureuil de Corée Questions en écologie des communautés! Quel est l'effet des activités humaines sur la structure et le fonctionnement des communautés?! Quel est l'effet de la perte de la biodiversité sur le fonctionnement des communautés?! Quel sera l'effet du changement climatique sur le fonctionnement des communautés? Perche du Nil Fourmi d'argentine Caulerpe