La biodiversité : un monde d interactions Dans un même lieu de vie, toutes les espèces sont liées entre elles. Ces liens sont de différentes natures, et plus ou moins vitaux. Tous les organismes vivants ont par exemple besoin de se nourrir pour disposer de l'énergie et la matière nécessaires à leur survie, leur croissance et leur reproduction. La biodiversité, tissu vivant de la planète, est constituée de toutes les espèces et des différentes relations qu'elles construisent entre elles et avec leur milieu de vie. Comment les espèces sont-elles liées? Que se passe-t-il si certaines d'entre elles disparaissent? Public : Cycle 2 (5-7 ans) Collège Durée : 1h30 à 2h00 Cycle 3 ( 8-11 ans) Lycée Résumé : - Reconstitution de réseaux trophiques (chaînes alimentaires) simples et complexes. - Reconstitution d un réseau d interactions multiples au sein d un écosystème (réseau alimentaire, relations de coopération et de compétition). - Mise en évidence des conséquences de certaines perturbations sur le fonctionnement des écosystèmes. Objectifs : - Découvrir les relations alimentaires, mais aussi les relations de coopération et de compétition existant entre les espèces. - Appréhender le fonctionnement des réseaux trophiques. - Comprendre ce qu est la biodiversité en découvrant la notion dynamique de réseaux d interactions et d interdépendances. Matériel : - vignettes espèces à découper (annexe 1) - réseau trophique à compléter (annexe 2) - histoires et variantes (annexe 3) - 2 boîtes en carton numérotées 1 et 2 - un gros rouleau de ficelle - une paire de ciseaux Préparation : Étape 1 : Découper les vignettes espèces de l annexe 1. Étape 2 : Écrire les noms des espèces de l annexe 3 sur des bouts de papier individuels et les disposer dans les boîtes en carton 1 et 2 comme indiqué dans l'annexe. Déroulement de l activité Étape 1 : Réseaux trophiques (chaînes alimentaires) simples et complexes a) Reconstitution de 5 réseaux trophiques simples à partir des vignettes de l'annexe 1 : Parmi les espèces suivantes, qui mange qui? 1) loup, herbe, chevreuil 2) mûre, mulot, vipère, hibou 3) feuille de ronce, hibou, mulot, chenille 4) renard, herbe, mûre, lapin, loup 5) feuille de ronce, chenille, mulot, renard, loup Et les végétaux, comment se nourrissent-ils?
b) Reconstitution du réseau trophique complexe (annexe 2) : - À partir des réseaux trophiques ci-dessus, reconstituer le réseau trophique proposé en annexe 2, en complétant les cases par les espèces de l'annexe 1. - À quel niveau l'humain se place-t-il? Que mange-t-il? Comment agit-il sur les espèces du réseau? - Mimer la disparition d une espèce (n'importe laquelle) en retirant sa vignette. Que se passe t-il? Étape 2 : Réseau complexe d interactions et d interdépendances a) Reconstitution d un réseau d interactions comprenant un réseau trophique et des interactions espèces/habitats : 13 participants piochent une espèce dans la boîte n 1 puis forment un cercle. L animateur lit l'histoire n 1 (annexe 3) sous forme de devinettes pour reconstituer un réseau trophique. Au fur et à mesure de la lecture, lier deux à deux les participants par des bouts de ficelle, en reliant les prédateurs à leurs proies (chenille/ronces...) et les espèces à leurs habitats (forêt/chevreuil...). À la fin de l'histoire, à quoi ressemble le réseau constitué par la ficelle au centre du cercle? b) Intégration de nouvelles interactions dans le réseau constitué : 12 nouveaux participants piochent une espèce dans la boîte n 2. L'animateur pose les questions de l'histoire n 2 (annexe 3). Chaque nouveau participant cité se place à l extérieur du cercle précédent et pose la main sur l'épaule de l'espèce (dans le cercle) avec qui il interagit (puce/renard...). c) Intervention d un évènement extérieur : Un exploitant forestier vient abattre les arbres. La personne représentant la forêt s'assoit et tire sur les ficelles qu'elle a en main. Les participants liés, qui sentent la secousse (ex : loup, renard, chevreuil, rapace) s'assoient à leur tour, tirent sur leurs ficelles, et ainsi de suite. Ceux ayant une main sur l'épaule suivent le mouvement des organismes associés. Que remarque-t-on? Conclusion de l étape 1 Reliées entre eux, les 5 réseaux trophiques simples forment un réseau complexe dans lequel existent de nombreuses interactions entre espèces. Les végétaux, producteurs, sont toujours à la base des réseaux trophiques. Ils produisent de la matière (dite organique). Ils se nourrissent des minéraux du sol, provenant de la dégradation de végétaux et d'animaux par les décomposeurs, à savoir les bactéries et les champignons microscopiques. Les animaux, consommateurs, se nourrissent d autres êtres vivants. Les herbivores consomment les végétaux (lapin, chevreuil, chenille ), les carnivores se nourrissent d'animaux (rapace, loup, serpent ) et les omnivores (mulot, renard...) se nourrissent d'animaux et de végétaux. L'humain, qui est omnivore, est au cœur du réseau trophique. Il mange le chevreuil, le lapin, les mûres. Il chasse également pour se protéger ou protéger ses cultures et ses élevages (renard, loup, vipère, mulot, chenille). Il interagit alors avec toutes les espèces du réseau et peut les faire disparaître.
Les espèces d un habitat naturel (aquatique ou terrestre), qui représentent les maillons du réseau trophique, sont fortement liées les unes des autres ; ce qui signifie que la disparition d une espèce peut avoir d'importants impacts sur les autres espèces et donc sur le fonctionnement même de l'écosystème. Par exemple, si les grands prédateurs (loup, rapace, thon...) disparaissent, les espèces dont ils se nourrissaient et qu ils régulaient vont pulluler. Par compétition, elles éliminent alors d autres espèces avoisinantes, ce qui entraîne une cascade de conséquences. Ces interactions montrent également que si nous voulons protéger une espèce dans un milieu donné, il est indispensable de prendre en considération toutes celles qui font partie de son réseau trophique, donc ses proies (et ce qui les nourrit) et ses prédateurs, sans lesquels l'espèce peut vite devenir envahissante. Conclusion de l étape 2 Au fur et à mesure que les liens s'établissent entre les participants, un réseau complexe se tisse dans le cercle, telle une toile d'araignée, où toutes les espèces sont en interaction les unes avec les autres, de façon directe ou indirecte. Ce réseau est basé sur des relations alimentaires, de prédation, mais pas seulement. Des espèces servent d'habitats ou d'abris à d'autres (arbres de la forêt/chevreuil...) et il existe de nombreuses autres formes de relations, coopération ou compétition, entre les espèces : La compétition signifie la lutte pour une même ressource (nourriture, habitat) présente en quantité insuffisante dans le milieu pour satisfaire les espèces concernées. Le parasitisme est une relation dans laquelle un organisme (le parasite) tire profit d'un ou plusieurs hôtes, parfois entrainant leur mort (vers echinococcus avec le renard et le mulot). Le commensalisme est une relation dans laquelle une espèce tire profit de l association, alors que l autre n y trouve ni avantage ni inconvénient (mousse sur les troncs d'arbres). Le mutualisme est une association à bénéfices réciproques entre deux espèces qui peuvent néanmoins mener une vie indépendante (pollinisateurs et plantes à fleurs associées). La symbiose est une association indissociable entre deux espèces (mycorhizes [champignons] et racines des plantes, bactéries dans les intestins des animaux). Suite à la coupe des arbres, les premiers maillons du réseau qui sont touchés ne vont modifier que légèrement la «toile». Mais au fil du temps, de plus en plus d'espèces sont concernées, ce qui déstabilise le réseau. Au final, la majorité des participants sont assis, ne jouant plus leur rôle dans l'écosystème qu'ils constituent. C'est alors le fonctionnement de l'ensemble de l'écosystème qui devient déficient. Ainsi, en perturbant un écosystème (coupe d'arbres, pesticides, autoroutes, changement climatique...), non seulement nous altérons les chaînes alimentaires des milieux concernés, mais nous modifions également les habitats et les relations de coopération et compétition qui existent entre les espèces. La biodiversité constitue la toile de la vie dont nous faisons partie et dont nous dépendons. Elle résulte d'une évolution façonnée pendant des milliards d'années par des phénomènes naturels mais aussi, et de plus en plus, par l'intervention humaine. Les relations de coopération, prédation, compétition entre espèces, parfois très spécifiques, ont joué et jouent un rôle central dans cette évolution.
Pour aller plus loin - Travailler sur la biodiversité, ses ressources, les conditions de leur renouvellement et les services écologiques. Les ressources de la biodiversité sont essentielles pour les humains mais aussi pour toutes les autres espèces : Quelle est par exemple l utilité des fleurs pour les abeilles? des abeilles pour les fleurs? et des abeilles et des fleurs pour les humains? (voir l activité «À quoi servent les fleurs et les abeilles?»). La biodiversité joue également un rôle dans les grands équilibres de la planète (filtration de l'eau, cycle biogéochimique, stockage du gaz carbonique (CO 2 ), régulation du climat...). - Travailler sur la biodiversité en danger : la biodiversité connaît actuellement une importante érosion en partie due aux activités humaines. Appréhender les menaces qui pèsent sur la biodiversité ainsi que les conséquences de l érosion de la biodiversité. Par exemple, quel rôle joue l un des gaz à effet de serre sur l acidification des océans et la disparition des organismes marins à coquille? (voir BIODIVERSITE fiche activité 3 - «Ça gaze trop fort dans l océan»). Glossaire Réseau trophique : Il s agit d un ensemble interconnecté des chaînes alimentaires d un milieu. Écosystème : Un écosystème est l association d un milieu physico-chimique (le biotope) et d une communauté d êtres vivants (la biocénose) qui donne lieu à un réseau d interactions entre leurs éléments constitutifs. C est un ensemble dynamique qui évolue en permanence dans le temps et l espace. Mycorhizes : Ce sont des associations en symbiose contractées par les racines des végétaux avec certains champignons du sol. Fonctionnant comme une extension des racines, elles permettent aux plantes de mieux assimiler la matière minérale. Réseau trophique : Assemblage d'espèces d'un même écosystème, réunies par des relations de «mangé à mangeur» (proies/prédateurs). Vers echinococcus : Il s'agit de petits vers parasites responsables de l'échinococcose alvéolaire. Ils se développent dans le foie d'animaux carnivores (renard, chien, chat...) et de rongeurs sauvages (mulots, campagnols...). On les retrouve aussi chez les humains. Ressources - Entre l homme et la nature, une démarche pour des relations durables. Coordonné par Lisa Garnier. Réserves de Biosphère, notes techniques 3-2008. UNESCO, 2008 Téléchargeable à l adresse : http://www.mab-france.org/fr/publi/scan/homme_nature-fr.pdf - Focus : La Biodiversité. CNRS, mai 2006 Téléchargeable à l adresse http://www.cnrs.fr/fr/organisme/docs/espacedoc/biodiv_fr_web.pdf - Évaluation et Rapport de situation du COSEPAC sur la Teigne du yucca au Canada. COSEPAC, Comité sur la situation des espèces en péril au Canada, 2002 Téléchargeable à l adresse http://dsp-psd.tpsgc.gc.ca/collection/cw69-14-290-2003f.pdf - Toutes les espèces sont utiles. Affiche et fiche pédagogique de l exposition «La Biodiversité». Ministère de l Education Nationale, 2007 http://www.ledeveloppementdurable.fr/docs/biodiversite/fp/20.pdf
- Le mutualisme et la symbiose. Luc Abbadie http://www.edu.upmc.fr/sdv/docs_sdvbmc/licence/ecologie/mutualymbio67.pdf http://www.biologie.ens.fr/bioemco/ - Ecologie. Eugène P. Odum, Doin Editeurs hrw. 1975 - La biodiversité à travers des exemples : les réseaux de la vie. Conseil Scientifique du Patrimoine Naturel et de la Biodiversité, 2008 Téléchargeable à l adresse http://www.developpement-durable.gouv.fr/spip.php?page=article&id_article=17070 - UMR INRA/UHP 1136 Interactions Arbres/Microorganismes : Rapport Scientifique de l Unité, Principales Caractéristiques et Thématiques de l Unité, Bilan d Activité 2001-2004, Déclaration succincte de politique scientifique - Two degrees of separation in complex food webs. R.J. Williams, et al. Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 99, n 20, p. 12913-12916 Texte intégral accessible en ligne http://www.pnas.org/content/99/20/12913.full.pdf+html - http://lesgestes.ecologie.gouv.fr/random/info.php?id_article=124 - Les invasions biologiques. Généralités théoriques et illustrations. Laurent Amsellem. In Université de Lille 1, Laboratoire de Génétique & Evolution des Populations Végétales. Ressources pédagogiques, master d ecologie [En ligne]. (Page consultée le 18 janvier 2011) URL http://gepv.univ-lille1.fr/downloads/enseignements/m2-s9/m2-s9-amsellem-invasions_bio.pdf - http://www.oie.int/fr/ressources/myxo-fr.pdf -http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbiodiv/index.php?pid=decouv_chapa_p2_f1&zoom_id=zoom_a2_6
Annexe 1 - Photos pour le réseau alimentaire (à découper) Renard roux Lapin d'amérique Mulot Emme Interactive Vipère d'orsini Chevreuil Prairie en fleur CNRS Photothèque / FERRIERE Régis Ronce CANTA René / INRA Chenille de Sphinx tête de mort NORMANT Sophie / INRA Manuelle Rovillé Hibou Grand duc GAMBIER Jacques / INRA Loup MADZAK Catherine/ INRA Gary Kramer
Annexe 2 - Réseau trophique à compléter (avec les vignettes espèces de l'annexe 1) Annexe 3 - Des histoires de réseaux
Espèces à repartir dans les boîtes Boîte n 1 : herbes, ronces avec des mûres, chevreuil, lapin, chenille, renard, mulot, loup, rapace, serpent, forêt, arbrisseau, micro-organismes du sol (voir image annexe 1) Boîte n 2 : mousse, abeilles (3 fois), puces (2 fois), vers echinococcus (2 fois), mychorizes (champignons) (2 fois), bactéries intestinales (2 fois) (images ci-dessous) Histoire 1 : Grâce aux micro-organismes qui dégradent les végétaux et les animaux morts et les transforment en matière organique et minérale, les ronces, l'herbe, l'arbrisseau et les arbres de la forêt peuvent puiser dans le sol les éléments minéraux nécessaires à leur croissance. Les chenilles mangent les feuilles des ronces. Il existe un animal qui se régale des chenilles, mais aussi des baies des ronces... c est le mulot, lui-même mangé par le renard, le rapace et le serpent. Quel est l animal qui se nourrit des jeunes pousses de l arbrisseau? Le chevreuil qui retourne vite dans la forêt qui lui sert d abri. Un animal à bec crochu se pose à la cime des arbres de la forêt. C'est le rapace qui va se régaler d un serpent qui rampait dans une prairie d herbes sauvages. Cette prairie est l un des habitats préférés du lapin qui creuse des galeries souterraines pour se protéger des prédateurs comme le renard qui aime aussi vivre dans la forêt. Il y croise parfois le loup qui peut le manger. Ce dernier se régale aussi du chevreuil... et parfois, en temps de disette, du lapin et du mulot! Mais ce loup, très vieux, vient à mourir Il est alors dégradé par les micro-organismes. Histoire 2 : Parasitisme : Pourquoi le loup et le renard se grattent-ils? Ils ont des puces qui vivent dans leurs poils et leur sucent le sang! Parasitisme : Un mulot se nourrit de petites baies sur lesquelles se trouvaient les œufs microscopiques d'un parasite, le ver Echinococcus. Le mulot est alors contaminé. Mais voilà que le renard vient à manger le mulot! Le ver Echinococcus va se développer dans l'intestin grêle du renard qui rejettera ses œufs microscopiques dans la nature par ses déjections. Mutualisme : Qui vient butiner les fleurs des ronces, des prairies, de la forêt et de l'arbrisseau, se régalant de nectar, et transportant ainsi le pollen de fleur en fleur en permettant leur reproduction? Les abeilles. Symbiose : Associées aux racines des plantes et des arbres de la forêt, elles fonctionnent comme une extension des racines, permettant aux plantes de mieux assimiler la matière minérale. Elles jouent également un rôle dans la protection contre les parasites. En échange, ces dernières s'alimentent grâce à la plante. Ce sont les mycorhizes. Symbiose : Ces organismes microscopiques, situés dans l'intestin des chevreuils et des lapins se nourrissent des aliments ingérés et améliorent en échange la digestion de composés comme la cellulose des végétaux. Ce sont les bactéries de l'intestin du chevreuil et du lapin. Commensalisme : Qu est-ce qui est vert, qui pousse sur le tronc des arbres, et qui profite d'une meilleure lumière et d'un meilleur environnement sans faire de dégâts ni apporter à l'arbre le moindre avantage? La mousse ou le lichen. Variantes concernant les évènements extérieurs : Il est possible d introduire d autres évènements, comme la construction d une autoroute au détriment de la prairie d herbes sauvages et des ronces, une période de sècheresse, la chasse au loup, la pollution qui peut atteindre les abeilles Photos des organismes vivants de la boîte 2
Mycorhizes Abeille butinant un pissenlit Mousses sur un tronc de noyer GIANINAZZI Silvio / INRA Ver Echinococcus VIDAL Louis / INRA Puce MAITRE Christophe / INRA Bactéries du rumen d'une vache CDC Dr. L.L.A. Moore Jr GAILLARD-MARTINIE Brigitte / INRA