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Chaînes et réseaux alimentaires
Les points clés :
- Les producteurs, ou autotrophes, fabriquent leurs propres molécules organiques. Les consommateurs, ou hétérotrophes, obtiennent des molécules organiques en mangeant d'autres organismes.
- Une chaîne alimentaire est une séquence linéaire d'organismes à travers lesquels les nutriments et l'énergie passent lorsqu'un organisme en mange un autre.
- Dans une chaîne alimentaire, chaque organisme occupe un niveau trophique, défini par le nombre de transferts d'énergie qui le séparent de l'apport de base de la chaîne.
- Les réseaux alimentaires sont constitués de nombreuses chaînes alimentaires interconnectées et sont des représentations plus réalistes des relations de consommation dans les écosystèmes.
- Le transfert d'énergie entre les niveaux trophiques est inefficace (avec une efficacité typique autour de
Introduction
Des organismes de différentes espèces peuvent interagir de plusieurs manières. Ils peuvent être en concurrence ou en symbiose (partenaires à long terme dans une association étroite). Ou, bien sûr, ils peuvent faire ce que nous voyons si souvent dans les programmes sur la nature : l'un d'entre eux peut manger l'autre. C'est-à-dire qu'ils peuvent former l'un des maillons d'une chaîne alimentaire.
En écologie, une chaîne alimentaire est une série d'organismes qui se mangent les uns les autres (de sorte que l'énergie et les nutriments circulent de l'un à l'autre). Par exemple, si vous avez mangé un hamburger pour le déjeuner, vous pourriez faire partie d'une chaîne alimentaire qui ressemble à : herbe
Comme l'illustre cet exemple, nous ne pouvons pas toujours décrire pleinement ce qu'un organisme (comme un humain) mange avec un chemin linéaire. Pour des situations comme celle-ci, nous parlons de réseau alimentaire, qui se compose de plusieurs chaînes alimentaires qui s'intersectent et représentent les différentes choses qu'un organisme peut manger, et par lesquelles il peut être mangé.
Dans cet article, nous allons examiner de plus près les chaînes alimentaires et les réseaux alimentaires et ainsi voir comment ils rendent compte du flux d'énergie et des nutriments dans les écosystèmes.
Autotrophes vs hétérotrophes
Quelles stratégies de base les organismes utilisent-ils pour obtenir de la nourriture ?
Certains organismes, appelés autotrophes (« qui s'alimentent eux-mêmes »), peuvent faire leur propre nourriture – c'est-à-dire leurs propres composés organiques – à partir de molécules simples comme le dioxyde de carbone. Il y a deux types basiques d'autotrophes :
- Les photoautotrophes, tels que les plantes, utilisent l'énergie de la lumière du soleil pour faire des composés organiques (sucres) à partir de dioxyde de carbone grâce à la photosynthèse. Parmi les autres exemples de photoautotrophes figurent les algues et les cyanobactéries.
- Les chimioautotrophes utilisent l'énergie des substances chimiques pour former des composés organiques à partir du dioxyde de carbone (ou des molécules similaires). Cela s'appelle la chimiosynthèse. Par exemple, il y a des bactéries sulfoxydantes chimioautotrophes qui se trouvent dans les communautés sous-marines (qu'aucune lumière ne peut atteindre).
Les autotrophes sont à la base de tous les écosystèmes de la planète. Cela peut sembler étonnant, mais ce n'est pas exagéré ! Les autotrophes forment la base des chaînes alimentaires et des réseaux alimentaires, et l'énergie qu'ils captent à partir de la lumière ou des produits chimiques soutient tous les autres organismes de la communauté. Quand nous parlons de leur rôle dans les chaînes alimentaires, nous pouvons qualifier les producteurs d'autotrophes.
Les hétérotrophes (« qui s'alimentent des autres ») tels que les humains ne peuvent pas capturer de lumière ou d'énergie chimique pour faire leur propre nourriture à partir du dioxyde de carbone. Au lieu de cela, ils se procurent des molécules biologiques en mangeant d'autres organismes ou leurs sous-produits. Lorsque nous parlons de leur rôle dans la chaîne alimentaire, nous les qualifions de consommateurs. Comme nous le verrons sous peu, il existe de nombreux types de consommateurs différents ayant des rôles écologiques différents : des insectes végétaux aux animaux qui mangent de la viande aux champignons qui se nourrissent de détritus et de déchets.
Les chaînes alimentaires
Maintenant, nous pouvons regarder comment l'énergie et les nutriments circulent à travers une communauté écologique. Commençons par considérer juste quelques relations « qui mange qui » – en regardant une chaîne alimentaire.
Une chaîne alimentaire est une séquence linéaire d'organismes à travers lesquels les nutriments et l'énergie passent lorsque l'un d'entre eux en mange un autre. Examinons les parties d'une chaîne alimentaire typique, en commençant par le bas (les producteurs) et en remontant vers le haut.
- À la base de la chaîne alimentaire se trouvent les producteurs primaires. Les producteurs primaires sont des autotrophes, et sont le plus souvent des organismes photosynthétiques (comme les plantes, les algues ou la cyanobactérie).
- Les organismes qui mangent les producteurs primaires sont appelés les consommateurs primaires. Les consommateurs primaires sont généralement des herbivores (mangeurs de plantes) bien qu'ils puissent manger des algues ou des bactéries.
- Les organismes qui consomment les consommateurs primaires sont appelés consommateurs secondaires. Les consommateurs secondaires sont généralement des consommateurs de viande (carnivores).
- Les organismes qui mangent les consommateurs secondaires sont appelés consommateurs tertiaires. Ce sont des carnivores qui en mangent d'autres, comme les aigles ou les gros poissons.
- Certaines chaînes alimentaires ont des niveaux supplémentaires, comme les consommateurs quaternaires (carnivores qui mangent des consommateurs tertiaires). Les organismes au sommet même d'une chaîne alimentaire sont appelées les consommateurs apex ou superprédateurs ou encore prédateurs alpha.
On peut voir des exemples de ces niveaux dans le schéma ci-dessous. Les algues vertes sont des producteurs primaires qui se font manger par les mollusques (les consommateurs primaires). Les mollusques deviennent ensuite le déjeuner du chabot visqueux (un poisson), un consommateur secondaire, qui est lui-même consommé par un poisson plus grand, le saumon royal (consommateur tertiaire).
Chacune des catégories ci-dessus est un niveau trophique, et il reflète combien de transferts d'énergie et de nutriments (combien d'étapes de consommation) séparent un organisme de la source d'énergie d'origine de la chaîne alimentaire, telle que la lumière. Comme nous explorerons plus loin ci-dessous, l'affectation d'organismes à des niveaux trophiques n'est pas toujours si spécifique. Par exemple, les humains sont des omnivores qui peuvent manger à la fois des plantes et des animaux.
Les décomposeurs
Un autre groupe de consommateurs mérite d'être mentionné, même s'il n'apparaît pas toujours dans les dessins des chaînes alimentaires. Ce groupe se compose de décomposeurs, des organismes qui décomposent les matières organiques mortes et les déchets.
Les décomposeurs sont parfois considérés comme ayant leurs propres niveau trophique. En tant que groupe, ils mangent des matières mortes et des déchets provenant d'organismes à divers niveaux trophiques (par exemple, ils consomment tout autant la matière végétale en décomposition, le corps d'un écureuil à moitié mangé et les restes d'un aigle décédé. En ce sens, le niveau des décomposeurs évolue en parallèle à la hiérarchie standard des consommateurs primaires, secondaires et tertiaires.
Les champignons et les bactéries sont les principaux décomposeurs de nombreux écosystèmes, utilisant l'énergie chimique des matières mortes et des déchets pour alimenter leurs processus métaboliques.
Les autres décomposeurs sont détritivores (ils mangent des détritus). Ce sont généralement des animaux multicellulaires tels que les vers de terre, les crabes, les limes, les vautours, etc. Non seulement ils se nourrissent de matières organiques mortes, mais souvent ils vont aussi les fragmenter, ce qui les rend davantage disponibles pour les décomposeurs bactériens ou fongiques.
Les décomposeurs en tant que groupe jouent un rôle essentiel dans le maintien de la santé des écosystèmes. Lorsqu'ils brisent des matières mortes et des déchets, ils libèrent des éléments nutritifs qui peuvent être recyclés et utilisés comme matière première par les producteurs primaires.
Les réseaux alimentaires
Les chaînes alimentaires nous donnent une image claire de qui mange qui. Cependant, certains problèmes surgissent lorsque nous essayons de les utiliser pour décrire des communautés écologiques entières.
Par exemple, un organisme peut parfois manger plusieurs types de proies, ou être consommé par plusieurs prédateurs, y compris à différents niveaux trophiques. Cela se produit, par exemple, lorsque vous mangez un hamburger (vache = consommateur primaire) avec une feuille de laitue (laitue = producteur primaire).
Pour représenter ces relations avec plus de précision, nous pouvons utiliser un réseau alimentaire, un graphique qui montre toutes les interactions trophiques (liées à l'alimentation) entre différentes espèces dans un écosystème.
L'exemple que vous trouvez dans le schéma ci-dessous est le réseau alimentaire du lac Ontario. Les producteurs primaires sont marqués en vert, les consommateurs primaires en orange, les consommateurs secondaires en bleu et les consommateurs tertiaires en violet.
Dans les réseaux alimentaires, les flèches pointent à partir d'un organisme qui est mangé vers l'organisme qui le mange. Comme le montre le réseau alimentaire ci-dessus, certaines espèces peuvent manger des organismes de plus d'un niveau trophique. Par exemple, la mysida (une crevette) mange à la fois des producteurs primaires et des consommateurs primaires.
Question bonus : Ce réseau contient la chaîne alimentaire que nous avons vu plus tôt dans l'article (algues vertes
Réseau alimentaire détritique vs réseau alimentaire de la prairie
Les réseaux alimentaire ne présentent généralement pas les décomposeurs (par exemple, le réseau alimentaire du lac Ontario ci-dessus n'en montre pas). Cependant, tous les écosystèmes ont besoin de moyens pour recycler les déchets et les matériaux morts, ce qui signifie que les décomposeurs sont bien présents, même s'ils ne reçoivent pas beaucoup de considération.
Par exemple, dans l'écosystème des prairies ci-dessous, il y a un réseau alimentaire de la prairie de plantes et d'animaux qui fournissent des apports pour un réseau alimentaire détritique de bactéries, de champignons et de détritivores. Le réseau détritique est présenté sous forme simplifiée dans la bande brune dans le bas du schéma. En réalité, il consisterait en diverses espèces liées par des interactions alimentaires spécifiques (c'est-à-dire reliées par des flèches, comme dans le réseau de pâturage ci-dessus). Les réseaux détritiques peuvent contribuer à alimenter les réseaux de la prairie, comme quand un rouge-gorge mange un ver de terre.
L'efficacité du transfert d'énergie limite la longueur de la chaîne alimentaire
L'énergie est transférée entre les niveaux trophiques lorsqu'un organisme en mange un autre et extrait des molécules riches en énergie du corps de sa proie. Cependant, ces transferts sont inefficaces et cette inefficacité limite la longueur des chaînes alimentaires.
Quand l'énergie entre dans un niveau trophique, une partie de l'énergie est stockée sous forme de biomasse (faisant partie du corps des organismes). Il s'agit de l'énergie disponible pour le niveau trophique suivant, car seule l'énergie stockée dans la biomasse peut être consommée. En règle générale, seulement
Par exemple, on suppose que les producteurs primaires d'un écosystème stockent
Ce schéma de transfert fractionnaire limite la longueur des chaînes alimentaires : après un certain nombre de niveaux trophiques (généralement,
Pourquoi y a-t-il autant d’énergie qui quitte le réseau alimentaire entre deux niveaux trophiques ? Voici quelques-unes des principales raisons de l'inefficacité du transfert d'énergie
- À chaque niveau trophique, une quantité significative d'énergie est dissipée sous forme de chaleur, lorsque les organismes effectuent la respiration cellulaire et vivent leur vie quotidienne.
- Une partie des molécules organiques qu'un organisme mange ne peut pas être digérée et quitte le corps sous forme d'excréments plutôt que d'être utilisée.
- Tous les organismes individuels d'un niveau trophique ne seront pas mangés par les organismes du niveau suivant. Certains meurent sans être mangés.
Les excréments et les organismes non mangés et morts deviennent de la nourriture pour les décomposeurs, qui les métabolisent et convertissent leur énergie en chaleur par la respiration cellulaire. Ainsi, aucune de ces énergies ne disparaît – tout se dégage sous forme de chaleur à la fin.
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