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0) Définitions
1) L'autoécologie Les facteurs abiotiques Les facteurs biotiques
2) La dynamique des populations
3) Les adaptations
4) Les cycles de la matière
5) Les flux d'énergie
6) L'effet de serre

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Publié le 19 janvier 2012
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Langue Français
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Exrait

ECOLOGIE Wiki  0) Définitions 1) L'autoécologie Les facteurs abiotiques Les facteurs biotiques 2) La dynamique des populations 3) Les adaptations 4) Les cycles de la matière 5) Les flux d'énergie 6) L'effet de serre  
 L'Ecologie est la science des relations des êtres vivants avec leur milieu; c'est-à-dire qu'elle vise à établir des lois qui règlent leurs rapports, à la fois avec leur environnement abiotique et avec les organismes vivants.  
  L'écologie est subdivisée en  - autoécologie : elle étudie l'influence des facteurs extérieurs sur un individu. - synécologie : elle étudie les communautés d'êtres vivants et le milieu qui les entoure. - dynamique des populations : elle étudie les fluctuations des populations.
  Définitions: - le biotope : lieu dans lequel une espèce vit et se développe (forêt, plage, étang, désert,....)
 
 
- la biocénose : ensembles des êtres vivants (faune et flore) qui vivent dans un biotope - un écosystème : Biotope + biocénose :conditions d'un lieu ainsi que les êtres vivants qui y vivent. - la biosphère : partie de la planète où se trouve la vie (atmosphère  lithosphère - hydrosphère) un milieu : ensembles des conditions physico-chimiques (facteurs abiotiques) -et biologiques (facteurs biotiques) dans un biotope. - une niche écologique : C'est le rôle d'une espèce dans un écosystème, ces relations à son environnement. - un biome : ensemble d'écosystèmes variés, caractéristiques d'une zone géographique.  Pour commencer, nous allons étudier quelques biomes:  1. L'AUTOECOLOGIE  Elle étudie l'influence des facteurs extérieurs sur un individu. Ces facteurs sont de deux sortes: abiotiques et biotiques .  1. La notion de facteur limitant: Si un phénomène biologique est influencé par plusieurs facteurs, il suffit que l'un de ces facteurs ne soit pas à sa valeur minimale au bon fonctionnement du phénomène pour ralentir l'ensemble du phénomène. On peut comparer ce principe à un tonneau., dont il manquerait une latte. On ne peut plus alors remplir le tonneau entièrement, car le trou limite le remplissage.  Exemple: Production de matière sèche par la tomate: 3 facteurs qui entrent en jeu: la quantité de CO2, la température et la lumière. Taux de CO2 fixe normal Température ambiante fixe Masse sèche moyenne par plant de normale tomates Lumière faible 3.4 g Lumière intense 3.6 g  Ici:La lumière est le facteur limitant.  2. La notion de limite de tolérance: Pour tout facteur écologique (biotique ou abiotique), chaque espèce vivante présente: une limite inférieure de tolérance, un optimum et une limite
supérieure de tolérance que l'on peut interpréter par le schéma suivant:  
 3. Les facteurs abiotiques: Les facteurs édaphiques sont les facteurs liés au substrat, sol ou eau. Ils peuvent être chimiques (acidité, salinité, etc.) ou physiques (structure et porosité du sol, vitesse du courant d'une rivière, etc.). Les variations de la qualité des sols et des eaux influent sur les êtres vivants, végétaux et animaux. Les facteurs climatiques sont la température, la lumière, l'eau, le vent ...  3.a. La température: - Elle influe sur la répartition des espèces végétales en fonction de l'altitude et de la latitude (voire biomes). Elle modifie le développement et le fonctionnement des végétaux. Exemples: chutes des feuilles, floraison, germinations,.... - Elle influe sur l' activité de certaines espèces animales , mais également sur leur morphologie et l'anatomie . Exemples: Changement de poils en hiver, hibernation,....  Loi de Bergmann (LEP p.147): Lorsqu'un groupe d'organismes occupe une vaste aire de distribution géographique, la taille des espèces s'accroît au fur et à mesure que la latitude augmente, les plus grandes espèces étant celles qui vivent aux plus hautes
latitudes. Loi d'Allen: Dans un groupe d'animaux à température constante, on observe une tendance à la réduction de la taille des appendices par rapport à la taille corporelle dans les biotopes froids.  3.b. La lumière: - Elle est particulièrement importante pour les végétaux qui en dépendent pour la photosynthèse . Il y a des plantes qui nécessitent beauoup de soleil, alors que d'autres préfèrent les sous-bois. La morphologie des arbres peut changer pour capter un maximum de lumière. - La lumière influe également sur les animaux, notamment en modulant les comportements  reproducteurs et leur mode de vie . Il y a également des adaptations morphologiques , comme les taupes devenues aveugles. Exemples: les animaux nocturnes et diurnes  3.c. L'eau: L'eau est indispensable à tous les êtres vivants. Elle peut prendre plusieurs formes: pluie, neige, grêle, ruissellement, stagnation, filtration, brouillars, humidité de l'air,.... - Les végétaux ont des besoins différents en eau selon les espèces. De nombreuses adaptations existent pour les espèces végétales. Exemples: une cuticule épaisse chez les cactus, ....  - L'eau modifie la physiologie et le comportement de certains animaux. Exemple: comportements de migration, modification du métabolisme pour diminuer la transpiration,....  3.d. Le vent: Le vent agit sur le biotope (évaporation de l'eau, érosion des sols, déplacments des nuages). Les effets du vent sur la flore sont importants: déracinements , déformations , augmentation de la transpiration , asséchement , mais il contribue aussi à la dissémination des pollens et graines. Pour les animaux, le vent agit par exemple en favorisant la transmission  d'odeurs .   2. Les facteurs biotiques: Les organismes vivants (animaux et végétaux) exercent les uns sur les autres différents types d'actions. Celles-ci peuvent être indirectes et modifier les facteurs initiaux du milieu
(exemple : l'arbre en été provoque une zone d'ombre au niveau du sol, il en modifie le microclimat stationnel et la microbiologie). Les êtres vivants peuvent donc transformer les conditions dans lesquelles vivent d'autres organismes. Elles peuvent aussi être directes et former un ensemble de véritables facteurs liés aux êtres vivants. Certains types d'interactions désignent des relations entre individus d’ espèces différentes (Relations interspécifiques) . C'est le cas de la prédation, du parasitisme, de la symbiose et du commensalisme. D'autres désignent des interactions possibles entre individus de la même espèce (Relations intraspécifiques) .  2.1. Les relations intraspécifiques  L'effet de groupe comprend les modifications de comportement des animaux de la même espèce lorsqu'ils sont groupés. Une conséquence est l'accélération de la vitesse de croissance des individus dans la population. Certaine espèces ne peuvent pas se reproduire s'il n'y a pas au moins un certainnombre d individus. ' L'effet de masse désigne les effets liés au surpeuplement. Il peut se traduire par une diminution de la fécondité, des troubles physiologiques, des comportements aberrants comme le cannibalisme à l'égard des oeufs ou des jeunes. Les causes sont le plus souvent la limitation de la quantité de nourriture disponible ou le manque d'espace. La compétition intraspécifique est la concurrence s'exerçant entre plusieurs individus lorsque la somme de leurs demandes en nourriture, en certains éléments minéraux, en eau, en sources énergétiques, en espace libre, etc., est supérieure à ce qui est réellement disponible.  2.2. Les relations interspécifiques  La compétition interespèce ne diffère pas de la compétition intraespèce. Elle agit généralement pour la nourriture ou le territoire. Lors de prédation , le prédateur est un organisme libre qui recherche une nourriture vivante; il tue sa proie pour s'en nourrir. Un prédateur peut subsister aux dépens d'une ou plusieurs espèces. Les prédateurs jouent un rôle important dans l'équilibre biologique; ils ont une action limitante ou régulatrice sur les populations des espèces proies. Le terme parasite est employé lorsque l'organisme "exploiteur" est petit et qu'il vit sur ou dans l'hôte qui sert alors de source d'énergie et d'habitat. Le commensalisme est la relation entre deux individus d'espèces différentes dont l'un profite de l'autre sans toutefois lui nuire ou lui apporter un quelconque avantage.
Pour les végétaux, on parlera rarement de commensalisme, mais plutôt d' épiphytisme . C’ est le cas par exemple de mousses et de lichens vivant sur les troncs d'arbres. Il y a mutualisme ou symbiose si l'association des deux êtres vivants entraîne des bénéfices réciproques. Un des cas les plus connus est celui des lichens où une algue est associée avec un champignon. L'algue fournit au champignon les glucides élaborés par la photosynthèse et en échange, le champignon assurerait l'hébergement et la protection
 2.DYNAMIQUE DES POPULATIONS   Caractéristiques des populations  La répartition spatiale:  Sur une surface donnée, les individus peuvent être répartis de différentes façons: - uniforme (rare dans la nature, mais fréquente dans les milieux artificiels, tels que les plantations) - contagieuse (par groupe , c’ est la répartition la plus fréquente)  -au hasard (chez des espèces qui n'ont aucune tendance à l’ agrégation comme les plantes supérieures pour lesquelles la dispersion des semences est assurée par le vent) La densité est le nombre d'individus d'une espèce donnée par unité de surface. On peut la mesurer par comptage direct des individus ou l'évaluer par comptage indirect sur toute la surface ou par échantillonnage sur une portion de celle-ci . La croissance est la variation numérique par unité de temps des individus au sein de la population. Elle dépend essentiellement de la natalité et de la mortalité, mais aussi de l'émigration et de l'immigration. La durée de vie est définie selon 3 types de courbes de survie:  
  Pour de nombreux mammifères, beaucoup d'individus ont la même durée de
 
vie et meurent relativement âgés. Dans le cas de l'hydre d'eau douce, le coefficient de mortalité reste constant pendant toute la durée de la vie. Pour les invertébrés (huître), diverses espèces d'oiseaux et les poissons, la courbe correspond à une mortalité élevée aux stades jeunes. Le sex ratio est le rapport des sexes, il varie avec les espèces considérées et au cours du développement de l'individu, depuis la fécondation de l’ œuf jusqu'à l'état adulte.  Répartition des populations  :  La niche écologique d'une espèce est déterminée par: -sa position dans la chaîne trophique, -son domaine vital, -son type d'activité, -ses éventuelles adaptations. Rem: La niche écologique peut varier au fil des saisons (oiseaux migrateurs). L' habitat  est l'endroit (le biotope) où vit l’ espèce considérée. Il est caractérisé par un ensemble de facteurs abiotiques et correspond à une aire de dimensions variables où les conditions dominantes sont homogènes. L' aire de répartition est la surface occupée naturellement par une population ou par toutes les populations d'une espèce. Cette surface peut être très variable: EXEMPLE : Le genêt de Corse vit uniquement en Corse, c'est de l'endémisme (aire très restreinte). Le genêt d'Angleterre occupe une aire européenne-atlantique.  Fluctuations des populations  La puissance d'expansion correspond au taux d'accroissement potentiel sans aucune régulation. Exemple: une bactérie se divise pour donner naissance à deux bactéries toutes les 20 minutes. Le taux d'accroissement correspond à l'augmentation d'une population. Il est limité par différents facteurs abiotiques ou par des facteurs directement liés à la densité de la population (ex: effet de masse, cannibalisme) ou encore par l'influence de la prédation. La capacité limite d'un milieu est la quantité d'individus que peut supporter ce milieu sans dommage pour celui-ci. Exemple: Si la vitesse à laquelle pâture le bétail égale la vitesse de régénération du tapis végétal, la surface envisagée a atteint sa capacité limite. Lorsque celle-ci est dépassée, il y a surpâturage, donc appauvrissement de la végétation et finalement dégradation du sol par érosion. Dans la nature, la population animale régresse alors jusqu'à régénération d'une couverture végétale suffisante. C'est le phénomène d'autorégulation.  
 Exemple 1 : Accroissement de la population de bactéries Courbe exponentielle (doublement à chaque génération). C’ est une courbe continue sans facteur limitant !  Exemple 2 : Accroissement de la population de ténébrions Courbe sigmoïde. C’ est une courbe avec des facteurs limitants (manque de nourriture, manque de place, substance toxique, … )! Les facteurs limitants  déterminent la capacité limite d’ un écosystème (taille maximale d’ une population dans un milieu).
 
 Régulations des populations  :  Loi de Volterra sur la dynamique des relations prédateurs-proies (on considère 1 prédateur et 1 proie): « Les tailles des populations dun prédateur et dune proie fluctuent périodiquement même dans des conditions environnementales constantes avec des maximums décalés »  Les facteurs de régulations sont :  - dépendants de la densité (quantité de nourriture, présence de prédateurs, stress influençant la reproduction, manque d’ espace induisant une baisse de fécondité) - indépendants de la densité (climat, qualité de nourriture, composition du sol). Les fluctuations des populations sont alors irrégulières, non cycliques.  Le développement épidémique  consiste en la prolifération excessive d’ une population, suivi de son effondrement presque total. Exemple : Les chenilles de la tordeuse du mélèze. Après pullulation, la nourriture est rare, donc les femelles font moins d’ œufs, les aiguilles de mélèzes moins riches et le nombre de prédateurs plus important, donc la mortalité des chenilles augmente et l’ espace vient à manquer, donc émigration hors de l’ écosystème.  
 Equilibre dans un écosystème   Lorsqu’ une proie prolifère, le nombre d e ses prédateurs augmente, faisant diminuer le nombre de proies, qui va faire diminuer la population de prédateurs. Les espèces se contrôlent ainsi les unes les autres. Il s’ établit dons un équilibre biologique .  Cet équilibre peut être rompu par : - des facteurs climatiques (exemple : sécheresse qui dure)  -des facteurs dépendants d’ êtres vivants (exemple : maladie apportée par une espèce) -l’ action de l’ homme (soit en surprotégeant une espèce, soit en exterminant une autre estimée nuisible)  Remarque : Dans un système équilibré, les effectifs des différentes espèces varient peu !
 
 3. LES ADAPTATIONS   Définition : L’ adaptation est l’ ensemble des caractéristiques (et de leurs modifications) qui permettent à une espèce de se maintenir dans un milieu donné, et, lors de changements de cet environnement, de survivre et de continuer à se reproduire. Ces caractéristiques peuvent être physiques ou comportementales. Le phénomène d’ adaptation est lié au processus d'évolution par selection naturelle.  Caractères adaptatifs : L’ adaptation est la possibilité pour une espèce de développer de nouvelles armes pour survivre dans un environnement inhabituel. Chaque espèce possède en effet un certain nombre de caractères dits adaptatifs, qui maintiennent l’ adéquation entre l’ espèce et son milieu. Les caractères adaptatifs permettent l’ utilisation optimale des conditions et des ressources de l’ environnement, la défense adéquate contre les prédateurs et la protection contre toute autre condit ion défavorable à la survie de l’ espèce.  Exemples : 1. Les bandes sur les coquilles des escargots. Certaines sont de couleur sombre, d’ autres de couleur claire. Les coquilles majoritairement sombres absorbent en
effet plus d’ énergie solaire que les claires : ces escargots sont avantagés dans les microclimats frais et ombreux (en revanche, ils risquent la mort par choc thermique dans les endroits chauds et ensoleillés). 2. Les phasmes ont une allure et une couleur qui les font passer pour des brindilles. 3. Certaines orchidées attirent les pollinisateurs par leur ressemblance avec des abeilles femelles et fixent ainsi leur pollen sur le dos du visiteur trompé : la reproduction de l’ orchidée en est facilitée.  On distingue notamment : - Les adaptations adaptations physiques . Exemple : dans les déserts chauds, où l’ eau est extrêmement rare et les températures élevées, les dromadaires sont capables de fabriquer de l’ eau en oxydant les réserves graisseuses contenues dans leur bosse pour survivre à la sécheresse et la chaleur. C’ est aussi le cas des cactus qui développent des systèmes de stockage d’ eau et sont dépourvus de feuilles pour limiter la transpiration. - Les adaptations comportementales.  Exemple : le cri d’ alarme d’ une espèce de singes, les singes vervets, est différent selon que le prédateur repéré est un python, un aigle, ou un léopard. La troupe interprète le message et adapte son comportement de fuite : vers la cime des arbres pour un prédateur terrestre, vers le sol pour un prédateur volant.  Adaptations et sélection naturelle : C’ est par la sélection naturelle que se maintiennent ou disparaissent les adaptations des espèces, sous la pression des forces sélectives de l’ environnement qui s’ exercent depuis des millions d’ années. On ne sait pas si c’ est l’ e nvironnement qui agit directement sur les individus ou si ce sont les variations anatomiques et physiologiques au sein d’ une espèce qui favorisent certains individus. Ce serait ensuite à partir de ces individus, mieux armés pour vivre dans leur nouvel environnement (et donc pour se reproduire), qu’ apparaîtraient de nouvelles caractéristiques au sein de la population.   1. Des nécessités contradictoires : Le phénomène d’ adaptation est un compromis entre des exigences contradictoires, qui peuvent être, par exemple, la nécessité pour les membres d’ une espèce d’ être reconnaissables par leurs partenaires, associée à l’ impératif de se protéger des prédateurs. Certains poissons qui présentent des colorations très vives en période de reproduction, ce qui favorise leur reconnaissance par leurs partenaires sexuels, se trouvent par là même exposés
face à leurs prédateurs. Cela pourrait expliquer pourquoi certaines espèces conservent des caractéristiques qui semblent les désavantager. 2. Des Changements environnementaux : Lorsque l’ environnement change, la plupart des adaptations développées par les espèces dans leur milieu précédent ne sont plus valables. Leur survie est donc compromise. Seuls les individus qui, par hasard, possèdent certaines caractéristiques adaptées au nouvel environnement pourront perpétuer l’ espèce. De génération en génération, les individus les plus adaptés seront sélectionnés. C’ est le cas, par exemple, des résistances bactériennes aux antibiotiques. La plupart des individus d’ une population de bact éries soumises à un antibiotique vont mourir. Mais il se peut que quelques individus possèdent un gène de résistance. Ils seront les seuls à survivre et à se reproduire, donnant cette fois une population en majorité résistante à l’ antibiotique.  Remarque : Les adaptations des espèces sont des phénomènes en général lents. Qu’ une espèce soit parfaitement adaptée à son milieu peut prendre des millions d’ années.  3. Des adaptations convergentes : Face à un même milieu et à des conditions de vie identiques, des espèces totalement différentes et très éloignées peuvent présenter des adaptations similaires, dites convergentes. Les oiseaux (vertébrés à sang chaud), les chauves-souris (mammifères) et les insectes volants telles les libellules (invertébrés) ont, parallèlement, développé des ailes et occupé les airs.
 4. LES CYCLES DE LA MATIERE   Introduction:  - Qu'est-ce qu'un cycle?  Un cycle est une suite de phénomènes qui ont lieu dans un ordre donné afin de se retrouver au point de départ. - Pourquoi parler de cycle de la matière en écologie? Les plantes ont besoin de gaz carbonique (CO2), d’ eau (H2O) et de substances minérales pour leur alimentation La matière végétale est constamment renouvelée par photosynthèse. Une partie de la matière fabriquée passe dans les chaînes alimentaires et donc assimilée par les consommateurs . Leurs cadavres et excréments servent alors de nourriture aux décomposeurs , qui vont dégrader les matières végétales et animales jusqu’ à ce qu’ elles soient à nouveau assimilables par les plantes !!! RIEN DE SE CREE, RIEN NE SE PERD, TOUT SE TRANSFORME !!!!!!