Les écosystèmes : des interactions dynamiques entre les êtres vivants et avec leur milieu

Introduction :

La biodiversité désigne la diversité en êtres vivants présents dans un lieu précis et à un moment précis. À l’heure actuelle, on pense que 5 à 20 millions d’espèces coexistent sur Terre.

Ces espèces sont en interaction, c’est pour cette raison que l’on parle de dynamique.

Dans une première partie, nous verrons l’importance des environnements physicochimique et biologique sur la répartition des êtres vivants. Puis, l’étude des chaînes alimentaires permettra de suivre les flux de matières et d’énergie entre les êtres vivants. Nous terminerons en portant notre attention à la dynamique spatio-temporelle des milieux de vie.

Les interactions de la biocénose

Interactions entre la biocénose et le biotope

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Définition

Biotope :

Le biotope désigne le milieu de vie des êtres vivants.

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Définition

Biocénose :

La communauté d’êtres vivants présents dans un écosystème forme la biocénose.

Le biotope est sous le contrôle de facteurs abiotiques, soit les paramètres physico-chimiques tels que :

  • la température,
  • la luminosité,
  • le vent,
  • l’humidité,
  • la salinité.
  • Les variations de ces paramètres forment des écosystèmes très diversifiés.

Interactions entre les êtres vivants de la biocénose

Dans bon nombre d’écosystèmes, les êtres vivants sont en interaction entre eux : dans ce cas, on parle d’interactions, ou facteurs biotiques.

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Définition

Écosystème :

Un écosystème est l’ensemble des relations entre les êtres vivants, et entre les êtres vivants et le milieu dans lequel ils évoluent. On peut, par exemple, citer la forêt, la savane ou les fonds océaniques.

Il existe deux types d’interactions biotiques possibles : celles qui permettent aux deux êtres vivants de tirer un avantage, et celles qui avantagent seulement un des deux êtres vivants.

  • Les interactions favorables aux deux espèces

La symbiose est un échange réciproque. Le symbiote vit dans l’hôte, il fournit ce que l’hôte n’arrive pas à produire, en retour, l’hôte protège le symbiote.

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Exemple

Les bactéries de l’intestin grêle assurent la digestion des acides gras, car l’humain ne possède pas l’équipement enzymatique à même d’assurer ce travail. En retour, l’intestin grêle est un milieu protecteur pour les bactéries où la nourriture est présente en grande quantité.

Le mutualisme est aussi un échange réciproque.

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Exemple

Les abeilles pollinisent les plantes à fleurs, ce qui permet de produire le fruit et, en retour, les abeilles utilisent le pollen pour produire le miel.

  • Les interactions favorables à une seule espèce

Les espèces d’un même écosystème ont aussi des relations de compétition ou d’exploitation.

La prédation est une interaction dissymétrique, car seul le prédateur tire un bénéfice de cette concurrence.

Le parasitisme est aussi une interaction inéquitable car le parasite vit au dépens de l’hôte.

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Exemple

Le ver solitaire est un parasite qui affecte les vertébrés, dont l’être humain. Véhiculé par de la viande contaminée et consommée sans être assez cuite, il se développe dans les intestins de l’hôte. Durant toute la vie du parasite, une partie non négligeable des éléments nutritifs de l’hôte est détournée au profit du parasite. L’individu parasité subit un fort amaigrissement.

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À retenir

Les interactions biotope-biocénose et entre les êtres vivants structurent l’évolution de la composition biologique de l’écosystème.

Les flux de matière et d’énergie au sein d’un écosystème

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Définition

Réseau trophique :

Un réseau trophique (du grec trophos, qui veut dire « se nourrir ») montre les relations alimentaires (ou chaînes alimentaires) existant entre les êtres vivants d’un écosystème. En d’autres termes, un réseau trophique montre « qui mange qui ».

réseau trophique forêt tempérée écosystème producteur primaire consommateurs primaires secondaires interactions entre les êtres vivants svt première schoolmouv

Les êtres vivants des réseaux trophiques jouent un rôle essentiel dans le transfert de matière et d’énergie.

L’entrée de matière dans un écosystème

Les producteurs primaires assurent l’entrée du carbone minéral dans le réseau trophique grâce à l’énergie lumineuse qu’ils reçoivent du Soleil, l’eau et les sels minéraux qu’ils absorbent à partir du sol ou de l’air. Au final, le glucose, molécule organique riche en carbone, est produit. Cette transformation est appelée la photosynthèse et elle est assurée par les parties vertes des plantes.

équation bilan de la photosynthèse dioxyde de carbone eau molécule organique dioxygène lumière svt première écosystèmes

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Définition

Production primaire :

La production primaire désigne l’ensemble de la matière organique produite par la photosynthèse.

Les écosystèmes à l’origine de la plus grosse production primaire sont les forêts tropicales et les zones côtières.

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À retenir

Les végétaux verts (ou chlorophylliens) aquatiques ou terrestres assurent l’entrée de l’énergie et de la matière dans le monde vivant. Grâce à la photosynthèse, ils sont le premier maillon des réseaux trophiques car ils permettent la conversion de l’énergie lumineuse et de la matière minérale en matière organique (molécule de glucose riche en énergie) indispensable aux êtres vivants consommateurs.

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Attention

Les végétaux sont les seuls à pouvoir réaliser cette transformation de l’énergie lumineuse en matière organique.

Le transfert de la matière

Les consommateurs vont se nourrir, entre autres, des producteurs primaires qui ont produit le glucose par photosynthèse. Le glucose sera ainsi utilisé par deux métabolismes : la respiration et la fermentation.

Certaines cellules consomment le glucose en présence de dioxygène, c’est la respiration cellulaire. Ce métabolisme produit de l’énergie mais aussi des déchets : le dioxyde de carbone et l’eau.

C6H12O6+6O26CO2+6H2O\text{C}6 \text{H}{12} \text{O}6 + 6\text{O}2 \Leftrightarrow 6 \text{CO}2+6 \text{H}2\text{O}

Certains êtres vivants, tels les champignons, vont utiliser le glucose par fermentation. Ce métabolisme produit de l’énergie mais aussi des déchets : le dioxyde de carbone et l’alcool.

C6H12O62C2H5OH+2CO2\text{C}6 \text{H}{12} \text{O}6 \Leftrightarrow 2 \text{C}2 \text{H}5 \text{OH} + 2 \text{CO}2

Le transfert de matière se poursuit entre une proie et le consommateur de cette proie, et ces transferts transforment l’énergie chimique contenue dans les molécules organiques de glucose en d’autres formes d’énergie, par exemple en énergie mécanique pour faire fonctionner les muscles.

Le recyclage et la sortie de la matière

L’érosion et l’évapotranspiration sont des portes de sortie de la matière.

Mais une partie de la matière est aussi recyclée : les décomposeurs permettent « de boucler » les réseaux trophiques : ils vont consommer les cadavres des êtres vivants pour notamment libérer les sels minéraux qui pourront, de nouveau, être consommés par les plantes.

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À retenir

Les réseaux trophiques permettent donc un flux constant de matière et d’énergie. La source d’énergie de base est l’énergie solaire qui entre dans le monde vivant par les producteurs primaires. Comme les autres êtres vivants consomment ces végétaux ou des êtres vivants les ayant consommés, on peut affirmer que tous les êtres vivants consomment directement ou indirectement cette source d’énergie.

Les transferts peuvent être modélisés selon le schéma ci-dessous.

flux de matière et d’énergie au sein d’un écosystème énergie solaire producteur primaire réseau trophique respiration décomposition érosion évapotranspiration êtres vivants milieux interactions svt première schoolmouv

La dynamique des milieux de vie

Importance de l’environnement

Si l’environnement est constant, les espèces se développent de manière cyclique (naissance, croissance, reproduction et mort) jusqu’à coloniser la totalité de l’espace disponible tant que les ressources le permettent. En cas de perturbation importante des conditions environnementales (facteurs biotiques et/ou abiotiques), la biodiversité verra sa richesse évoluer.

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Exemple

L’élimination du loup (1940) des forêts alpines a conduit à la surpopulation des petits rongeurs, dont le nombre a fini par être nocif pour l’environnement.

Avant l’intervention humaine, les populations de loups et de petits rongeurs évoluaient ensemble selon un modèle proie-prédateur qui suit les équations de Lotka-Volterra.

Lotka-Volterra modèle proie prédateur évolution populations

Ce modèle montre que quand le nombre de proies est élevé, le nombre de prédateurs est lui aussi important après un certain temps. À un moment donné, le nombre de prédateurs devient trop important, ce qui rend les proies plus rares. Donc le nombre de prédateurs ne peut que baisser. La baisse du nombre de prédateurs permet aux proies de se multiplier et ainsi de suite…

Réponses à la perturbation

Dans une certaine mesure la biodiversité peut s’adapter aux changements environnementaux : c’est ce que l’on appelle la résilience.
Mais si ces changements sont extrêmes, s’ils sont trop rapides ou se répètent trop souvent, la résilience peut devenir impossible.

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Exemple

La répétition d’incendies violents peut conduire à une quasi-désertification d’un écosystème.

On constate que la résilience est d’autant plus facile, que le milieu de vie présente une forte biodiversité. Si ce lieu est affecté par un changement majeur, il y a plus de chance que certaines espèces survivent ou s’adaptent à ce changement si elles sont plus nombreuses.

Conclusion :

La répartition des êtres vivants dépend des milieux de vie. Ainsi, les écosystèmes sont sous le contrôle de facteurs environnementaux abiotiques et biotiques.
Dans les écosystèmes, les réseaux trophiques relient les êtres vivants entre eux. Ils permettent ainsi les flux de matières et d’énergie.
À cause de fluctuations physiques ou biologiques les milieux de vie sont en évolution constante, c’est pour cela qu’on les qualifie de dynamiques.