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Photo: Mission Apollo
Oïkos = maison => Ecologie
Notions essentielles:
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.(ex: l'écosystème urbain)
Le biotope est caractérisé par des conditions abiotiques que sont l'humidité, la température et la lumière. (ex: les déserts)
La biocénose est en interaction avec le biotope, la répartition des espèces s'y fait selon les conditions abiotiques du milieu. (ex: Chameaux et dromadaires ne se trouvent que dans les déserts)
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 les forêts tropicales;
- exploitation: prédation des grands rapaces ou parasitisme des virus;
- coopération: mutualisme, dont la symbiose.
Ces interactions structurent:
- l’organisation: la biodiversité de l’écosystème,
- l’évolution: la dynamique des populations et
- le fonctionnement de l’écosystème: production, flux de matière et réservoirs, recyclage de la matière organique.
Les êtres vivants génèrent ou facilitent des flux de matière (eau, carbone, azote...) qui :
- entrent: absorption racinaire, photosynthèse, respiration,
- circulent: au sein du réseau trophique et
- sortent: par évapotranspiration ou par érosion de l’écosystème.
Une partie de la matière est recyclée, notamment grâce au sol: 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 spatio-temporelle avec des perturbations (incendies, maladies) affectant les populations.
La complexité du réseau d’interactions et la diversité fonctionnelle favorisent la résilience des 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.
1-Une première définition du mot écosystème:
Lisez l'article ci-contre puis répondez aux questions.
D'après "Courrier international", n°1534, 26 Mars 2020
1-A partir de cet article, comment définiriez-vous un écosystème?
2-Quelle serait la cause principale de l'émergence des épidémies récentes ?
3-A quel autre évènement survenu dans l'histoire de l'humanité ce scénario nous fait-il penser ?
Diagramme simplifié d'un réseau alimentaire dans le désert de Sonora (USA)
D'après Campbell, "Biologie".
4-Quel est l'élément essentiel de ce réseau trophique qui a été oublié?
Challenge!
Construisez sur ce modèle un réseau alimentaire urbain, en centre-ville, mais aussi dans les faubourgs et en périphérie des villes. Les meilleurs travaux seront publiés sur ce site web.
Travaux à la main acceptés, artistes recherchés...
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 microhabitat spécifique caractérisé par un certain enseoliellement et par une taille particulière de végétation.
5-Quel peut bien être l'intérêt d'un tel partage de l'espace et donc de la ressource pour ces 7 espèces de lézards?
6-Quelle différence faites-vous entre un biotope et une niche écologique?
Copie puis ouvre ce lien pour découvrir l'écosystème montagnard:
https://www.fondation-lamap.org/sites/default/files/upload/media/minisites/projet_biodiversite/eleves/ChaineAlimentaire.swf
A retenir:
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.(ex: l'écosystème urbain).
2-La diversité des interactions biotiques
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 cas des ciliés
Le cilié Didinium nasutum (en bas de la photo) est en train de dévorer un autre cilié, la paramécie (photo a).
Expérience: les deux éspèces sont cultivées ensemble.(doc b)
7-Que deviennent ces deux communautés au bout d'un certain temps?
8- 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.
9-Que semble nous dire l'évolution de ces chiffres quant à la relation proie-prédateur?
10-Or, il se trouve que les mêmes varations de population de Lièvre s'oberservent sur des îles dépourvues de Lynx: qu'en déduisez-vous?
Variation de la fécondité associé à la densité de population
Variation de la vigueur, du taux de survie en fonction de la densité de population
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.
11-Devinez le résultat ?
12-Comment l'expliquez-vous ?
A retenir:
La diversité des interactions biotiques est grande; elle s'étudie en fonction des relations qu'entretiennent les espèces les unes avec les autres; on note 3 grands types d'interactions:
- compétition: pour la lumière, pour l’eau, les nutriments dans les forêts;
- exploitation: prédation des grands rapaces ou parasitisme des virus;
- coopération: mutualisme, dont la symbiose.
Les interactions entre espèces structurent:
- l’organisation des écosystèmes, sa biodiversité;
- l’évolution de l'écosystème par l'intermédiare de la dynamique de ses populations.
A l'équateur nous trouvons des forêts tropicales alors que chez nous nous trouvons la forêt tempérée...
Comment peut-on expliquer la répartition des espèces à l'échelle de la planète?
3-La diversité des biotopes mondiaux
Carte des principaux milieux terrestres à l'échelle de la planète
13-Où se situent les principaux déserts de la planète?
14-Pensez-vous que cette distribution soit le fruit du hasard?
15-Quelle est la principale caractéristique de tous ces déserts?
16-Comment peut-on simplement l'expliquer?
matériel nécesssaire = un baton d'encens, un accumulateur de froid pour glacière, un briquet Ce qu'il faut retenir : L'air chaud est moins dense que l'air froid, il a donc tendance à monter. Au contraire en se refroidissant l'air devient plus dense (les particules d'air sont plus nombreuses pour une même surface) ainsi il a tendance à descendre.
https://elmerlickamul.wixsite.com
Carte des principaux milieux aquatiques à l'échelle de la planète
17-Où sont situés la plupart des récifs de corail?
18-Cette répartition peut-elle être le fruit du hasard?
19-Trouvez une explication à cette répartition.
La forêt tropicale humide de Monserrat, aux Antilles.
Comme son nom l'indique, c'est un milieu sombre et très humide car il peut y pleuvoir jusqu'à 8m d'eau par an.
20-Comment peut-on expliquer simplement cette caractéristique?
La savane du Kénya, au pied du Kilimandjaro.
C'est un milieu chaud, humide et sec selon la saison peuplé de grands herbivores et de leurs prédateurs. La croissance de plantes herbacées pendant la saisons des pluies fournit aux animaux une nourriture abondante.
Milieux urbains et agricoles
Beaucoup de régions américaines ont été perturbées par l'activité humaine.
21-Imaginez l'aspect de cette terre avant l'arrivée des européens et expliquez ce que les nouveaux arrivants ont dû faire pour en arriver à ce stade.
22-Est-ce que ce qui a été fait là-bas n'est-il pas entrain d'être fait ailleurs ?
Le désert de Sonora dans l'Arizona.
Ce milieu est caractérisé par la présence de ces cierges géants d'Amérique qui portent des épines protectrices.
23-Quelle est la principale caractéristique de ces végétaux?
24-A quoi peuvent bien servir les épines?
La forêt méditerranéenne
Les plantes de ce milieu sont adaptées aux feux de forêts allumés par la foudre et les humains. Les réserves de nourriture accumulées dans les racines leur permet de repartir après incendie.
La prairie tempérée d'Amérique du nord, Dakota du Sud.
Cette prairie possède un sol riche et profond propice à la pousse des végétaux, nourriture des bisons; mais les hommes ont vite compris qu'ils pouvaient en faire des terres agricoles. Ces animaux ont la caractéristiques de pratiquer de grandes migrations.
25-D'après vous, les Hommes ont-ils tenu compte des routes migratoires de bisons ?
La Taïga du parc national de Banff en Alberta.
La Taïga comme cette forêt de sapins du parc national de Banff dans l'Alberta est dominée par des peuplement denses et uniformes de conifères.
26-Savez-vous pourquoi on y trouve presque exclusivement des conifères et très peu de feuillus?
La toundra ici au bord de la baie d'Hudson.
27-Cette toundra arctique est dépourvue d'arbres et de haute végétation: pourquoi?
Climatogramme de quelques-uns des principaux biotopes d'Amérique du Nord.
D'après ce document, quels sont les deux facteurs qui définissent un biotope?
28-On parle de facteurs abiotiques, (a privatif): justifiez cette appellation.
Effets combinés de la latitude et de l'altitude
29-D'après ce document, comment se fait la succéssion de végétation selon que l'on monte en altitude ou en latitude?
A retenir:
Le biotope est caractérisé par des conditions abiotiques que sont:
- l'humidité,
- la température
- et la lumière.
La biocénose est en interaction avec le biotope: la répartition des espèces s'y fait selon les conditions abiotiques du milieu. (ex: Chameaux et dromadaires ne se trouvent que dans les déserts)
Or, chaque espèce possède des préférences écologiques en terme de température, de lumière, et d'humidité et comme ces facteurs varient selon l'altitude et la latitude alors les espèces se répartissent selon l'altitude et la latitude.
On a vu des interactions entre espèces (intra et inter-spécifique) et entre ces espèces et les facteurs abiotiques qui aboutissent à des répartition différentes des espèces, mais ces espèces appartiennent des écosystèmes, quelque soit l'échelle de l'écosystème : votre tube digestif est un écosytème, comme la forêt amazonienne...
Comment fonctionne tous types d'écosytèmes?
4-Le fonctionnement des écosystèmes
Le cycle de l'eau
Vous connaissez le cycle de l'eau depuis l'école maternelle!
30-Mais aviez-vous pris conscience que celui-ci obéit à un principe de Physique-Chimie: lequel?
(Les chiffres représentent les quantité d'eau en 1018 g par année).
Les courants marins
31-Quels sont les grands types de mouvements marins que l'on peut observer sur cette carte?
32-Quels pourraient être les moteurs de ces déplacements?
Notion de cycle du carbone et de réservoirs
Photosynthèse (=Assimilation par les végétaux) :
CO2 + H2O => Glucose + O2
Respiration par les animaux:
Glucose + O2 => CO2 + H2O
33- Quels sont les deux processus biologiques à l'oeuvre dans la nature qui permettent au carbone de faire une boucle?
Pyramide d'énergie
34-Calculez le pourcentage d'énergie disponible à chaque niveau trophique (=de la chaine alimentaire) par rapport au niveau précédent.
A retenir:
Les interactions entre espèces structurent le fonctionnement de l’écosystème:
- production de matière (=biomasse),
- flux de matière et réservoirs chimiques,
- recyclage de la matière organique.
Les êtres vivants génèrent ou facilitent des flux :
- de matière comme l'eau, le carbone, ou l'azote ou
- d'énergie au sein de tous les écosystèmes.
Comment ces flux se font-ils?
- l'entrée: par absorption racinaire couplée à la photosynthèse;
- la circulation: au sein du réseau trophique;
- la sortie: par évapotranspiration, respiration et décomposition.
On parle de production de biomasse, qui peut être primaire si ce sont les végétaux qui la fabrique, secondaire dans le cas des animaux.
Une partie de la matière est recyclée, notamment grâce au sol, le rôle des décomposeurs est donc fondamental dans le cycle du carbone mais aussi dans celui de l'azote que nous verrons au prochain chapitre.
L’effet des écosystèmes sur les cycles biogéochimiques ainsi constitués, se mesure par des bilans d’entrée/sortie de matière équilibrés à l'échelle de la planète.
Sauf que, actuellement, l'Homme perturbe le fonctionnement de ces écosystèmes, mais il n'est pas le seul, alors comment réagissent les écosystèmes en général aux perturbations dont ils peuvent être l'objet?
5- Les effets des perturbations sur les écosystèmes:
Succession après le retrait d'un glacier
a) retrait du glacier
b) sol après le retrait
c) colonisation par les Mousses et les Lichens
d) arrivés des Aulnes et des peupliers sur les pentes
e) arrivée des Epinettes dans la forêt
f) forêt d'Epinette et de Pruches
Remarque: ces photos ont été prises à différents endroits car les changements s'étalent sur environ 200 ans
35- Pensez-vous que la terre a déjà connu ce type de succession?
36- Pourquoi l'Homme va-t-il être le responsable de ce type de succession?
37- Que pensez-vous de l'impact des actions de l'Homme sur ce type d'environnement?
Lisez l'article
38- D'où provient le di-oxyde d'azote?
39- Comment celui-ci a-t-il diminué dans notre ciel?
A retenir:
Même sans l’action de l’Homme, les écosystèmes montrent une dynamique spatio-temporelle avec des perturbations (incendies, maladies) affectant les populations.
La complexité du réseau d’interactions et la diversité fonctionnelle favorisent la résilience des 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.
Le schéma-bilan de votre livre (Nathan)
Les Australiens plébiscitent le savoir ancestral des brûlis pour prévenir des feux de forêt
https://www.rtbf.be/info/monde/detail_les-australiens-plebiscitent-le-savoir-ancestral-des-brulis-pour-prevenir-des-feux-de-foret?id=10430758
Entrainement:
Innovation!
Testez vos connaissances sur le sujet grâce à un qcm en anglais! By this way you will keep up your English...Have fun!
Flashez ce QR code avec votre smartphone puis sélectionnez les chapitres 52, puis 53, 54, 55, 56.
QCM: Une seule bonne réponse.
1-Les relations interspécifiques:
- sont forcément négatives pour au moins l'un des deux partenaires;
- sont forcémant positives pour au moins l'un des deux partenaires;
- se résument à de la compétition;
- sont essentielles à la struturation des écosystèmes.
2-Le flux d'énergie dans un écosystème:
- est unidirectionnel;
- est recyclé grâce aux microorganismes;
- n'est pas quantifiable.
3-Les pyramides écologiques:
- évaluent la biodiversité d'un écosystème;
- quantifient la biomasse, le nombre d'individus et la productivité d'un écosystème;
- se construisent en superposant des rectangles de hauteur proportionnelle au paramètre mesuré.
4-Dans les cycles des élèments:
- les différents flux sont équilibrés dans un écosystème naturel;
- les élèments transitent forcément par le compartiment sol;
- les élèments transitent par tout le réseau trophique.
5-La dynamique d'un écosystème:
- s'arrête une fois l'équilibre atteint;
- est systématiquement la cause des activités humaines;
- se chiffre en dizaines, voire centaines d'années.
6-La résillience d'un écosystème:
- est sa capacité à retrouver son état initial après une perturbation;
- caractérise la résistance d'un écosystème à une perturbation;
- existe toujours quelle que soit l'intensité de la perturbation;
- est indépendante de la richesse spécifique d'un ecosystème.
7-La résistance d'un écosystème:
- désigne sa capacité à retourner à son état initial après une perturbation;
- est impossible du fait des activités humaines;
- dépend de la richesse spécifique de l'écosystème.
8-Après une perturbation irréversible:
- l'écosystème est définitivement dégradé et finit par mourir;
- l'écosystème peut évoluer encore mais il s'appauvrit;
- l'écosystème est capable de résilience.
Vrai ou faux ?
Identifiez les affirmations fausses et rectifiez-les.
a. Dans un écosystème, la productivité assurée par les végétaux chlorophylliens est moins importante que celle assurée par les herbivores et carnivores réunis.
b. La respiration permet de produire de la matière organique pour assurer le fonctionnement d’un organisme.
c. Les décomposeurs assurent le recyclage de la matière organique en matière minérale.
d. La pyramide de productivité décrit l’accumulation de matière et d’énergie des producteurs primaires aux carnivores.
QCM
Pour chaque phrase, identifiez la bonne proposition à l’aide de vos connaissances :
1. Après des perturbations, un écosystème :
a. ne revient jamais à son état initial.
b. peut se régénérer selon l’intensité et la fréquence des perturbations.
c. perd sa biocénose.
2. La production primaire brute est :
a. la quantité de biomasse produite par hectare et par an par photosynthèse.
b. la quantité de dioxyde de carbone dégagée par hectare et par an.
c. la quantité de matière végétale consommée par les herbivores.
Qui suis-je ?
1. Un phénomène biologique permettant la production de matière organique à partir d’énergie solaire.
2. L’ensemble des conditions physico-chimiques d’un écosystème.
3. Une association durable entre deux organismes vivants et à bénéfice réciproque.
4. La capacité de restauration des écosystèmes après une perturbation.
Question de synthèse
Présentez quelques interactions biotiques en donnant des exemples d’êtres vivants.
J'ai réussi si…
□ j’ai cité au moins 4 interactions entre êtres vivants.
□ j’ai précisé les êtres vivants impliqués.
□ j’ai indiqué l’effet favorable ou défavorable de ces interactions pour chaque espèce impliquée dans l’interaction.
Exercices d’auto-évaluation interactifs
Des chercheurs ont suivi, grâce à du carbone marqué, le flux de matière organique entre des pins douglas et des bouleaux, via des filaments de champignons mycorhiziens les reliant au niveau de leurs racines. Le résultat de leur expérience figure dans le document.
Pour chaque phrase, identifiez la bonne proposition à l’aide de vos connaissances et du document.
3. À l’ombre, la photosynthèse des plantes est :
a. plus intense qu’à la lumière.
b. moins intense qu’à la lumière.
c. équivalente à celle se produisant à la lumière.
4. Le flux de carbone vers le pin douglas est :
a. accentué lorsque sa photosynthèse est diminuée.
b. diminué lorsque sa photosynthèse est augmentée.
c. diminué lorsque sa photosynthèse est diminuée.
5. Sachant que cette interaction n’est pas délétère pour le bouleau, ces résultats révèlent que celui-ci est :
a. un parasite du pin à la lumière.
b. moins intense qu’à la lumière.
c. équivalente à celle se produisant à la lumière.
4. Le flux de carbone vers le pin douglas est :
a. accentué lorsque sa photosynthèse est diminuée.
b. diminué lorsque sa photosynthèse est augmentée.
c. diminué lorsque sa photosynthèse est diminuée.
5. Sachant que cette interaction n’est pas délétère pour le bouleau, ces résultats révèlent que celui-ci est :
a. un parasite du pin.
b. en compétition avec le pin.
c. ni l’un, ni l’autre.
Identifiez les affirmations fausses et rectifiez-les.
a. Dans un écosystème, la productivité assurée par les végétaux chlorophylliens est moins importante que celle assurée par les herbivores et carnivores réunis.
b. La respiration permet de produire de la matière organique pour assurer le fonctionnement d’un organisme.
c. Les décomposeurs assurent le recyclage de la matière organique en matière minérale.
d. La pyramide de productivité décrit l’accumulation de matière et d’énergie des producteurs primaires aux carnivores.
