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Révision sur l'écologie des populations

Termes clés

TermeSignification
PopulationUn groupe d'individus qui appartiennent à la même espèce et vivent dans la même zone géographique ; par exemple les renards errants de la ville de Londres
L'écologie des populationsL'étude écologique de la façon dont les facteurs biotiques (vivants) et abiotiques (non-vivants) influencent la densité, la dispersion et la taille d'une population
Taille de la population (N)Le nombre d'individus de la population ; par exemple 500 chevreuils dans une forêt (N=500)
DensitéLe nombre d'individus par unité de surface ou de volume ; par exemple 100 chevreuils par hectare de terrain dans une forêt
Facteur dépendant de la densitéFait référence aux caractéristiques qui modifient la taille de la population (N) et qui sont affectées par la densité de la population ; par exemple, la compétition
Facteur indépendant de la densitéFait référence aux caractéristiques qui modifient la taille de la population (N) et qui ne sont pas affectées par la densité de la population ; par exemple, les catastrophes naturelles comme les tremblements de terre
DispersionLe modèle de répartition des individus à l'intérieur d'une population ; par exemple, le modèle de dispersion groupé
Capacité de charge (K)La taille maximum d'une population (max N) qui peut être supportée par les ressources disponibles dans un environnement ; par exemple, K=10 pour les alligators dans un marais
Croissance exponentielleCroissance d'une population dans un environnement idéal avec des ressources illimitées ; par exemple, les bactéries laissées sur une boite de Pétri enrichie en nutriment pendant une nuit
Croissance logistiqueStabilise une croissance exponentielle grâce à la limitation des ressources ; par exemple : la population humaine actuelle

Combien de lapins y a-t-il sur une île ?

Imaginez que vous êtes un écologiste des populations envoyé sur une île nouvellement découverte dans l'océan Pacifique. Votre spécialité en tant qu'écologiste des populations est d'étudier diverses populations de lapins sur le continent. Vous avez pour tâche de sortir et de répondre à un tas de nouvelles questions liées à l'écologie des populations des lapins sur cette nouvelle île. Quelles sont les choses que vous cherchez à découvrir ?
Tout d'abord, vous devez comprendre combien de lapins se trouvent dans cette population. En écologie des populations, la taille de la population, symbolisée par N, est le nombre total d'individus de la population. Par exemple, s'il y a 100 lapins sur l'île, la taille de la population est de 100, ou N=100.
Cependant, imagions que vous vouliez savoir plus que le nombre de lapins présents sur l'île. Parfois, une valeur plus intéressante pour un écologiste n'est pas seulement la taille de la population, mais aussi la façon dont la taille de la population est distribuée ou répartie dans une zone donnée. Dans ce cas, les questions intéressantes seraient :
  • Quelle est la répartition exacte de la population dans une région donnée?
  • Y a-t-il beaucoup de lapins groupés ensemble dans une zone de l'île ? Ou sont-ils plutôt équitablement répartis sur toute l'île ?
Afin de répondre à ces nouvelles questions, un écologiste examinera la densité de la population, ou le nombre d'individus par unité de surface ou de volume.
Comment les lapins de cette image sont-ils dispersés ? Image de Wikimedia Commons, domaine public.
Par exemple, imaginez que la seule source de nourriture pour les lapins se trouve sur une colline au centre de l'île. Vous pouvez maintenant poser (et répondre à) des questions telles que :
  • Comment les lapins sont-ils répartis sur l'île ? S'ils n'ont seulement qu'une source de nourriture, il est très probable qu'ils soient tous groupés au centre de l'île.
  • Que se passerait-il s'il y avait plusieurs sources de nourriture réparties à différents endroits de l'île ? Comment cela changerait-il la distribution de la population de lapins ? Dans ce cas, nous nous attendrions à trouver une population de lapins dispersée de manière plus uniforme sur toute l'île.
Pour mieux comprendre les différentes manières de répartir les populations dans une zone donnée, un écologiste peut se concentrer sur la dispersion de la population, ou sur le schéma d'espacement entre les individus à l'intérieur des limites d'une population. En écologie, les personnes vivant dans une population peuvent être réparties de trois façons générales : uniforme, aléatoire ou dispersion en agrégats (dispersion groupée).
Souvent, la dispersion des individus dans une population fournit plus d'informations sur la façon dont ils interagissent entre eux — et avec leur environnement — qu'une simple mesure de densité.

La dynamique de la population

En plus de connaître la densité et la dispersion d'une population, un autre facteur important à étudier en écologie des populations est l'évolution de la taille de la population (N) au fil du temps. Il est important de se rappeler que l'écologie est une étude dynamique, ce qui signifie qu'il s'agit d'observer les changements qui arrivent à des groupes d'organismes et comment ces changements affectent leurs interactions constantes avec les facteurs biotiques et abiotiques de leur environnement.
Les écologistes utilisent une série de méthodes mathématiques pour modéliser les dynamiques de la population (comment les populations changent de taille et de composition au fil du temps). Étudions quelques exemples de ces dynamiques et voyons comment elles pourraient s'appliquer aux lapins insulaires.

La croissance exponentielle

Certains modèles représentent une croissance démographique sans contraintes environnementales dans lesquelles la taille de la population (N) subit une croissance exponentielle. En d'autres termes, ce modèle montre la croissance d'une population dans un environnement idéal avec des ressources illimitées. Cela peut être représenté comme une courbe en forme de J sur un graphique qui modélise la croissance de la population.
Crédit image: "Environmental limits to population growth: Figure 1 (modified)" de OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Par exemple, si les lapins de l'île avaient des ressources illimitées (par ex. nourriture, eau, abri, partenaires), la taille de leur population (N) continuerait à croître de façon exponentielle. Dans ce monde "parfait" de ressources illimitées, il n'y a pas de contraintes environnementales qui puisse réduire la taille de leur population (N), et donc, l’île, si on attend assez longtemps, serait remplie de lapins se baladant partout !

La croissance logistique

En réalité, la croissance exponentielle est difficile à maintenir sur de longues périodes pour toute une population (y compris les lapins) parce que les ressources sont limitées dans la nature. Ainsi, qu'adviendra-t-il de la population de lapins après qu'elle commence à faire face à des limitations de croissance? Afin de répondre à cette question, découvrons un modèle de croissance différent utilisé par les écologistes et connu sous le nom de modèle de croissance logistique.
Dans le modèle de croissance logistique, la population rencontre un nivellement par le bas de la croissance exponentielle en raison de la limitation des ressources. La forme du graphique, qui était auparavant une courbe en forme de J, passe maintenant à une courbe en forme de S sur un graphique qui modélise la croissance de la population.
Crédit image : "Environmental limits to population growth: Figure 1 (modifié)" de OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Qu'est-ce qui détermine exactement ce "nivellement" de la croissance de la population ? En écologie démographique, la capacité de charge, symbolisée par K, représente la taille maximale de la population qui peut être supportée par les ressources disponibles dans un environnement. Une fois que la capacité de charge (K) a été atteinte, les populations ont tendance à fluctuer autour de (K), en fonction des ressources disponibles dans l'environnement et en fonction de la taille de la population.

La régulation de la croissance de la population

Comme vous l'avez vu dans le modèle de croissance logistique, la croissance de la population des lapins, ainsi que la croissance de toutes les autres populations, finira toujours par devoir faire face à une sorte de résistance à la croissance, en particulier lorsque la population atteindra la capacité (K). En tant qu'écologiste des populations, cela vaut également la peine de se poser la question suivante : quels sont les facteurs qui régulent ou influencent la taille et la croissance de la population de lapins ?
La croissance de la population de lapins est influencée par deux facteurs principaux : les facteurs dépendants de la densité, pour lesquels la densité de la population de lapins à un moment donné affecte son taux de croissance, et les facteurs indépendants de la densité, qui influencent le taux de croissance de la population de lapin peu importe sa densité de population.
Dans le tableau ci-dessous, vous trouverez des exemples de facteurs dépendants de la densité. Ces facteurs impliquent une augmentation de la densité de population, ce qui influe encore plus fort sur la taille de la population (N).

Les facteurs dépendants de la densité

FacteurExplicationLapins insulaires
CompétitionDans les populations surpeuplées, l'augmentation de la densité de population intensifie la concurrence pour les ressources et peut entraîner une diminution de la taille de la population (N)Beaucoup de lapins = beaucoup de compétition pour des ressources limitées
PrédationEn tant que proie, cette population devient de plus en plus dense et les prédateurs ont un accès de plus en plus facile pour se nourrir de cette espèceBeaucoup de lapins = beaucoup de cibles faciles pour les chats prédateurs de l'île
MaladieDans les populations denses, les maladies peuvent se propager plus rapidement et peuvent causer une diminution de la taille de la population (N)Beaucoup de lapins = beaucoup d'hôtes pour les maladies

Les facteurs indépendants de la densité

Les facteurs indépendants de la densité sont tout à fait différents. De nombreux facteurs abiotiques (non-vivants) influent sur le taux de mortalité d'une population peu importe sa densité, qu'il s'agisse de la météo, des catastrophes naturelles et de la pollution. Un individu lapin peut être tué dans un tremblement de terre catastrophique sur une île, quel que soit le nombre de lapins présents dans cette zone. Ses chances de survie sont les mêmes, que la densité de la population soit élevée ou faible. Ceci illustre donc un facteur indépendant de la densité.
Comme vous pouvez le voir, l'écologie des populations est beaucoup plus complexe que simplement un décompte de lapins sur une île. Grâce à une compréhension profonde de tous les différents facteurs qui affectent la population de lapins, vous pouvez maintenant, en tant qu'écologiste des populations, décrire les changements dynamiques survenant dans la population et, surtout, prédire les changements futurs en fonction de ce qui est déjà connu sur la dynamique démographique passée et actuelle des lapins. C'est parti pour découvrir la prochaine île !

Erreurs fréquentes

  • Les élèves pourraient penser à tort qu'une fois qu'une population atteint sa capacité de charge (K), elle ne modifie plus de taille. Ce n'est pas du tout vrai en écologie des populations ! Les populations ne restent pas en permanence à la capacité de charge (K). Rappelez-vous que l'écologie est une étude dynamique qui implique toujours des facteurs changeants en permanence qui influent sur les populations et leur croissance. Les tailles de population les plus stables fluctuent autour de K, plutôt que de rester exactement à cette valeur.4
  • Les élèves pourraient penser à tort que les modèles de croissance démographique sont uniquement exponentiels ou logistiques... ce n'est pas le cas ! Les taux de croissance de la population ne sont pas exclusivement exponentiels ou logistiques dans leur modèle de croissance. Les modèles de croissance démographique varient sur une échelle qui commence à l'exponentiel jusqu'au logistique. Les schémas de croissance fluctuent souvent entre une croissance purement exponentielle et une croissance purement logistique.
  • Les élèves pourraient penser à tort que la taille de la population est toujours en hausse. Cependant, la taille de la population n'est pas toujours en hausse. Parfois, une population peut rencontrer des problèmes assez graves qui réduisent la taille de la population (N). Une diminution de la taille de la population est causée par un taux de croissance négatif qui peut être dû à une série de facteurs tels que la maladie, la famine, ou des catastrophes naturelles qui entraînent la mort généralisée de nombreux individus sur une période donnée.

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