Fiche de révision : Dynamique et stratégies des populations

📋 Plan du Cours

1. Dynamique des populations
2. Démographie et paramètres
3. Tables et courbes de survie
4. Fécondité et reproduction
5. Croissance exponentielle de Malthus
6. Croissance logistique et capacité limite
7. Stratégies r et K
8. Métapopulations et dispersion

📖 1. Dynamique des populations

🔑 Notions clés & Définitions

• Densité : La densité est une mesure de l’effectif rapporté à une surface ou un volume, utilisée pour suivre les changements démographiques au cours du temps.
• Sex-ratio : Le sex-ratio est la proportion relative des sexes au sein d’une population, et il varie avec le temps selon les processus démographiques.
• Dynamique des populations : La dynamique des populations décrit l’évolution des effectifs et des caractéristiques démographiques dans le temps sous l’influence de l’environnement et des processus internes.

📝 Points essentiels

• Les effectifs et d’autres paramètres démographiques comme sex-ratio, densité, âge et répartition varient entre t et t+1.
• Les tailles de population peuvent croître, rester stables, fluctuer autour d’un équilibre ou décroître jusqu’à l’extinction.
• Les fluctuations dépendent à la fois des conditions de l’environnement, des propriétés des individus et de la population dans son ensemble.
• Des facteurs de fluctuation incluent nourriture, sites de nidification, prédation, compétition, maladies, parasites, temps et climat.
• Les facteurs peuvent être densité-dépendants ou ne pas dépendre de la densité, selon leur lien avec la densité des individus.

📖 2. Démographie et paramètres

🔑 Notions clés & Définitions

• Démographie : La démographie est l’étude quantitative des populations et de la façon dont elles changent au fil du temps.
• Taux de survie : Le taux de survie mesure la proportion d’individus qui survivent sur une période donnée, et il conditionne la dynamique.
• Taux de reproduction : Le taux de reproduction (natalité) mesure la production de descendants sur une période donnée et détermine la croissance potentielle.

📝 Points essentiels

• Les besoins écologiques, la structure du milieu et les interactions entre individus influencent abondance, distribution, survie, reproduction et structure d’âges.
• Les paramètres les plus importants en dynamique incluent survie (mortalité) et reproduction (natalité), avec aussi émigration et immigration.
• Une population possède des variables d’état liées à des processus démographiques, entraînant une variation temporelle entre t et t+1.
• Les taux de survie et de reproduction sont directement connectés aux changements d’effectifs d’une population au cours du suivi.

📖 3. Tables et courbes de survie

🔑 Notions clés & Définitions

• Table de survie : Une table de survie résume le devenir d’une cohorte en donnant, pour chaque âge, le nombre d’individus et la proportion survivante.
• Cohorte : Une cohorte est un groupe d’individus ayant le même âge initial et suivi du début de la naissance jusqu’à la mort.
• Courbe de survie : Une courbe de survie représente le nombre de survivants en fonction de l’âge à partir des informations des tables.

📝 Points essentiels

• Une table de survie suit une cohorte de la naissance à la mort en calculant la proportion survivant d’un âge à l’autre.
• Les courbes de survie donnent le nombre de survivants selon l’âge, à partir des tables.
• L’échelle log permet d’afficher des changements de nombre de survivants sur plusieurs ordres de grandeur avec un graphique de taille raisonnable.
• Le test du logrank compare globalement les courbes de survie sur l’ensemble du suivi.
• On distingue 3 grands types de courbes de survie, avec des exemples comme la courbe II-III chez les oiseaux et la courbe en escaliers chez les Arthropodes.

📖 4. Fécondité et reproduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Âge reproductif : L’âge reproductif est l’âge à partir duquel une femelle peut se reproduire, contraignant le début de la reproduction.
• Fécondité : La fécondité est le nombre de descendants produits par femelle sur la base définie dans le contexte d’étude.

📝 Points essentiels

• En l’absence d’échange avec une autre population, la taille dépend principalement du taux de survie et du taux de reproduction.
• En reproduction asexuée, le sex-ratio n’influence pas la dynamique de la population.
• En reproduction sexuée, sex-ratio et fécondité déterminent le taux de reproduction.
• Des tables de fécondité sont utilisées pour analyser la dynamique et le devenir d’une population.

📖 5. Croissance exponentielle de Malthus

🔑 Notions clés & Définitions

• Accroissement démographique de Malthus : Le modèle de Malthus décrit l’évolution d’une population dans un environnement idéal aux ressources illimitées.
• Taux d’accroissement : Le taux d’accroissement r est la différence entre natalité et mortalité, déterminant si la population augmente ou diminue.
• Population fermée : Une population fermée est caractérisée par l’absence d’émigration et d’immigration, ce qui limite les changements aux naissances et aux morts.

📝 Points essentiels

• Pour une population fermée, l’effectif vérifie $N_{t+1}=N_t+B_t-M_t$.
• La variation s’écrit aussi 94N=B_t-M_t, reliant directement naissances et mortalité à la hausse ou baisse d’effectifs.
• Avec les taux $b=B/N$ et $m=M/N$, on obtient $r=b-m$.
• En ressources illimitées et sans migration, l’accroissement suit 94N/94t=rN.
• Si r>0, la population s’agrandit et la croissance observée est exponentielle, notée ici $r=r_{max}$.

📖 6. Croissance logistique et capacité limite

🔑 Notions clés & Définitions

• Croissance logistique : La croissance logistique décrit un ralentissement de la croissance quand la densité augmente, à cause de la limitation des ressources.
• Capacité limite : La capacité limite, notée K, est le nombre maximal d’individus que le milieu peut supporter sur une période sans dégrader le biotope.
• Densité-dépendance du taux d’accroissement : La densité-dépendance du taux d’accroissement correspond à l’idée que r diminue quand $N$ se rapproche de K.

📝 Points essentiels

• Le modèle logistique explique que l’exponentiel n’est valable qu’au début, tant que les ressources dépassent largement les besoins.
• Quand la densité augmente, la part de ressources disponible par individu baisse, ce qui limite le nombre d’individus pouvant occuper le biotope.
• Si N>K, il y a surpopulation et épuisement des ressources.
• L’hypothèse clé est que le taux d’accroissement r se rapproche de 0 lorsque $N$ approche K.
• Si $N\ll K$, le facteur lié à $(K-N)/K$ tend vers 1 et la croissance redevient quasi exponentielle.

📖 7. Stratégies r et K

🔑 Notions clés & Définitions

• Stratégies r : Les stratégies r regroupent des compromis où la sélection favorise le succès de reproduction dans des milieux à faible densité.
• Stratégies K : Les stratégies K regroupent des compromis où la sélection dépendante de la densité favorise des traits liés à la compétition à densité élevée.
• Sélection dépendante de la densité : La sélection dépendante de la densité favorise des traits qui deviennent avantageux quand la densité augmente.

📝 Points essentiels

• Les écologistes relient des différences de traits favorisés par la sélection naturelle au modèle logistique.
• La sélection K (dépendante de la densité) favorise des traits d’histoire de vie liés à une aptitude compétitive.
• La sélection r (indépendante de la densité) maximise le succès de reproduction dans des milieux avec peu d’individus.
• Les facteurs de milieu indépendants de la densité limitent l’extension des populations surtout pour les stratégies r.
• La densité fait diminuer la fécondité via la compétition intraspécifique, ce qui limite les effectifs des stratégies K.

📖 8. Métapopulations et dispersion

🔑 Notions clés & Définitions

• Métapopulation : Une métapopulation est un ensemble de sous-populations interconnectées par la dispersion, avec échanges d’individus entre habitats.
• Dispersion : La dispersion correspond au déplacement des individus permettant de coloniser d’autres habitats à partir de sous-populations existantes.
• Fragmentation des écosystèmes : La fragmentation correspond à la division d’habitats en unités distinctes, conduisant à des populations isolées et potentiellement vouées à l’extinction.

📝 Points essentiels

• L’immigration et l’émigration modifient aussi la taille des populations en plus de la natalité et de la mortalité.
• Dans un paysage hétérogène et fragmenté, des populations isolées peuvent s’éteindre sous l’effet de processus aléatoires.
• Si les individus peuvent se disperser et franchir des espaces entre milieux, la colonisation peut compenser une partie des extinctions.
• On s’intéresse aux échanges d’allèles à l’échelle du paysage dans le cadre métapopulation.

📊 Tableaux de synthèse

Types de courbes de survie (exemples)

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre table et courbe de survie : la table donne par âge nombres et proportions, la courbe affiche le nombre de survivants en fonction de l’âge.
2. Croire que l’augmentation d’effectifs dépend toujours de la natalité seule : la mortalité (taux de survie) intervient directement via $r=b-m$.
3. Penser que les ressources illimitées sont valables toute la vie : le modèle exponentiel n’est valable qu’au début avant la limitation par $K$.
4. Oublier que la dynamique peut décroître jusqu’à l’extinction : des conditions défavorables peuvent rendre r<0.
5. Mixer densité-dépendant et indépendant : les facteurs indépendants de la densité n’utilisent pas la densité d’individus pour limiter la population.
6. Se tromper sur le rôle du sex-ratio : il ne compte pas en reproduction asexuée mais devient déterminant en reproduction sexuée.
7. Confondre sélection r et sélection K : la première est associée à faible densité et la seconde à la compétition quand la densité augmente.

✅ Checklist Examen

1. Expliquer pourquoi les effectifs et des paramètres démographiques varient au cours du temps.
2. Distinguer facteurs densité-dépendants et facteurs indépendants de la densité.
3. Définir la démographie et citer les principaux paramètres de la dynamique (survie, reproduction, émigration, immigration).
4. Définir une cohorte et décrire ce que contient une table de survie.
5. Relier tables et courbes de survie et indiquer ce que donne une courbe de survie.
6. Justifier l’usage de l’échelle log et le but du test du logrank pour comparer des courbes.
7. Définir sex-ratio, âge reproductif et fécondité et rappeler quand le sex-ratio influence la dynamique.
8. Écrire et interpréter la relation de Malthus pour une population fermée et relier $r$ à $b-m$.
9. Définir K, énoncer quand la croissance logistique ralentit et ce qui se passe lorsque $N\ll K$ et N>K.
10. Relier stratégies r et K au caractère densité-dépendant ou indépendant de la sélection et au rôle de la compétition intraspécifique.
11. Définir métapopulation et dispersion et expliquer comment colonisation peut compenser extinctions dans un paysage fragmenté.