Fiche de révision : Organisation et mesure de la biodiversité

📋 Plan du Cours

1. Niche écologique et compétition
2. Espèce et évolution des lignées
3. Migrations humaines et introgression
4. Concepts et limites de l’espèce
5. Populations et peuplements
6. Écosystème et biodiversité
7. Richesse et équitabilité
8. Indices de Shannon-Wiener et de Piélou
9. Indice de Simpson
10. Richesse et équitabilité spécifiques
11. Diversité fonctionnelle, dimensions et niveaux intra- et interspécifiques
12. Modèles de diversité écosystémique

📖 1. Niche écologique et compétition

📝 Points essentiels

📌 La niche écologique potentielle correspond à la niche possible d’une espèce, tandis que la niche réelle est limitée par la compétition.

💡 Astuce mémo

Niche potentielle : sans compétition ; niche réelle : réduite par la compétition.

📖 2. Espèce et évolution des lignées

🔑 Notions clés & Définitions

• Espèce théorique : L’espèce théorique est une entité d’individus produisant une descendance fertile entre deux ruptures successives du flux généalogique, et sa définition intègre le temps et le changement.

📝 Points essentiels

📌 Une définition théorique de l’espèce doit pouvoir s’appliquer à l’ensemble des êtres vivants et être acceptée par l’ensemble de la communauté des biologistes.

📖 3. Migrations humaines et introgression

🔑 Notions clés & Définitions

• Introgression : Krause et al, 2010 - L’introgression est un mélange génétique entre lignées.

★ À maîtriser

• La théorie « Out of Africa » propose une origine africaine à Homo sapiens et une émigration ayant contribué à sa diffusion.

Compléments

• Homo sapiens est indiqué comme apparaissant il y a 200 000 à 100 000 ans, et Homo habilis vers 3 Ma.

• Homo erectus est indiqué vers 2 Ma, avec deux vagues de migrations suivies d’un déclin.

• Une colonisation de l’Amérique par le détroit de Béring est associée à une migration datée d’environ 20 000 ans.

• Les Dénisoviens de Sibérie sont datés de 125 à 65 Ka.

• Des gènes associés au HLA, à l’olfaction et au métabolisme des lipides sont indiqués comme présents chez Homo sapiens après introgression.

💡 Astuce mémo

Sortie d’Afrique → migrations → rencontres entre lignées → introgression.

📖 4. Concepts et limites de l’espèce

★ À maîtriser

• Les concepts de l’espèce présentés sont :
  • biologique
  • morphologique
  • écologique
  • phylogénétique

Compléments

• Les ours polaires (Ursus maritimus) et les ours bruns d’Amérique du Nord, ou grizzlis (Ursus arctos), peuvent produire des hybrides fertiles appelés pizzlys.

• 🔄 La chaîne menant à l’hybridation est :

  1. le réchauffement climatique
  2. la fonte de la banquise
  3. la disparition de l’isolement reproducteur
  4. l’hybridation

• Une spéciation en cours peut comporter une interruption de l’hybridation qui reste réversible.

📖 5. Populations et peuplements

🔑 Notions clés & Définitions

• Population : Une population est un ensemble d’individus d’une même espèce vivant sur un territoire donné, qui s’unissent et échangent du matériel génétique.
• Peuplement : Un peuplement, ou communauté, est un ensemble de populations d’espèces différentes vivant dans un même territoire et partageant le même habitat au même moment.
• Taxocène : Un taxocène est un sous-ensemble d’espèces d’une communauté reliées taxonomiquement, comme les papillons, les mammifères ou les arbres.

📝 Points essentiels

• La délimitation d’une population repose sur un critère reproductif et un critère spatio-temporel.

• Une population peut être monomorphe ou polymorphe.

• Les populations de caribous (Rangifer tarandus) peuvent différer par la morphologie, le régime alimentaire et le comportement tout en restant interfécondes, sans barrière à la reproduction.

• Un peuplement est caractérisé par des interactions interspécifiques et un critère spatio-temporel.

💡 Astuce mémo

Population : une espèce ; peuplement : plusieurs populations d’espèces différentes.

📖 6. Écosystème et biodiversité

🔑 Notions clés & Définitions

• Écosystème : Tansley, 1935 - Un écosystème associe une biocénose, c’est-à-dire l’ensemble vivant, et un biotope, constitué des conditions physico-chimiques du milieu.

📝 Points essentiels

• La Terre est présentée comme un écosystème où plusieurs millions d’espèces vivantes interagissent et modifient la planète.

📖 7. Richesse et équitabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Richesse : Macintosh, 1967 - La richesse est le nombre, ou une fonction croissante du nombre, de classes différentes présentes dans un système étudié.
• Équitabilité : L’équitabilité décrit la distribution des espèces et dépend du nombre d’individus par espèce ainsi que du nombre d’espèces dans le taxocène.
• Richesse spécifique : La richesse spécifique correspond au nombre d’espèces présentes dans la zone d’étude, noté S.
• Abondance : L’abondance correspond au nombre d’individus d’une espèce.

★ À maîtriser

• Les types de distribution spatiale sont :
  • uniforme
  • aléatoire
  • en agrégats

Compléments

• La dispersion uniforme correspond à une répartition homogène, illustrée par des animaux territoriaux comme les manchots qui se disputent chacun un emplacement.

• La dispersion aléatoire correspond à une répartition au hasard, comme les graines de pissenlit avant germination ou certaines espèces d’arbres des forêts tropicales humides.

• La dispersion en agrégats est la plus fréquente et regroupe les individus dans des lieux offrant de meilleures conditions de vie.

• Les bancs de poissons réduisent l’énergie dépensée, diminuent les risques de prédation et rendent la recherche de nourriture plus efficace.

📌 La dispersion désigne la répartition spatiale des individus, tandis que la distribution concerne la répartition des espèces.

📖 8. Indices de Shannon-Wiener et de Piélou

🔑 Notions clés & Définitions

• Indice de Shannon-Wiener : Indice qui évalue la richesse spécifique et l’équitabilité à partir des proportions d’abondance des espèces.
• Indice d’équitabilité de Piélou : Indice qui mesure la répartition des individus entre les espèces indépendamment de la richesse spécifique.

★ À maîtriser

📐 Formule - La proportion d’abondance de l’espèce i est $p_i = \frac{n_i}{N}$, où n_i est le nombre d’individus de l’espèce i et N le nombre total d’individus de l’échantillon.

• L’indice de Shannon-Wiener varie de 0, correspondant à une seule espèce abondante, à log S, correspondant à une équi-abondance, où S est le nombre total d’espèces.

• L’indice d’équitabilité de Piélou varie de 0, correspondant à la dominance d’une espèce, à 1, correspondant à une répartition équitable des individus entre les espèces.

Compléments

• Une faible valeur de H’ caractérise une communauté avec une seule espèce dominante, tandis qu’une valeur élevée caractérise une communauté où les espèces sont codominantes.

• L’indice de Shannon-Wiener est sensible aux variations d’importance des espèces les plus rares.

• La diversité spécifique maximale théorique est donnée par H’max = log S, où S est le nombre total d’espèces.

• L’indice de Shannon est accompagné d’un indice d’équitabilité pour distinguer la diversité observée de la diversité théorique maximale.

💡 Astuce mémo

Shannon combine richesse et équitabilité ; Piélou isole l’équitabilité.

📖 9. Indice de Simpson

★ À maîtriser

• L’indice de Simpson évalue la probabilité que deux individus sélectionnés au hasard appartiennent à la même espèce.

Compléments

• L’indice de Simpson varie de 0 à 1.

• L’indice de Simpson est présenté avec un indice d’équitabilité fondé sur D, Dmin et Dmax, valeurs d’hétérogénéité minimale et maximale possibles pour le nombre d’espèces et la taille de l’échantillon considérés.

• Dans l’indice d’équitabilité associé à Simpson, une valeur de 0 correspond à une espèce dominante et une valeur de 1 à X espèces codominantes.

📖 10. Richesse et équitabilité spécifiques

★ À maîtriser

• La diversité ne dépend pas seulement de la richesse spécifique, mais aussi de l’équitabilité des abondances.

• Une communauté de sept espèces n’est pas nécessairement plus diverse qu’une communauté de deux espèces si une espèce y est dominante.

Compléments

• À richesse égale, une communauté moins équitable, où une espèce domine, semble moins diverse.

• Une communauté moins riche peut sembler plus diverse si elle est plus équitable.

💡 Astuce mémo

Une richesse supérieure ne garantit pas une diversité supérieure si une espèce domine.

📖 11. Diversité fonctionnelle, dimensions et niveaux intra- et interspécifiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Diversité fonctionnelle : Mesure les différences fonctionnelles moyennes entre deux espèces indépendamment de leurs fréquences.

★ À maîtriser

• La biodiversité comporte trois dimensions :
  • la composition
  • la structure
  • la fonction

• Les trois niveaux d’organisation sont :

  • les gènes et individus
  • les espèces
  • les environnements

• Les outils de mesure de la diversité intraspécifique sont :

  • les indices de diversité morphologique
  • les indices de diversité anatomique
  • les indices de diversité génétique

• La diversité interspécifique est une diversité taxonomique dont l’unité est l’espèce et qui mobilise les indices de diversité spécifique, la richesse spécifique et l’abondance.

• Les niveaux spatiaux de la diversité interspécifique sont :

  • α, au niveau local
  • β, entre communautés locales
  • γ, à l’échelle des régions biogéographiques

Compléments

• Les traits d’histoire de vie et la niche écologique sont des dimensions fonctionnelles utilisées pour caractériser la diversité fonctionnelle.

• Le diagramme de Noss (1990) présente les dimensions de la biodiversité du gène au paysage.

• La diversité intraspécifique constitue un réservoir de gènes qui représente un potentiel pour faire face aux modifications environnementales.

• La diversité α augmente avec la taille et la complexité de l’habitat.

• La diversité β augmente avec l’hétérogénéité des habitats.

• La diversité γ augmente avec l’isolement et la fragmentation de l’habitat et combine les diversités α et β.

📖 12. Modèles de diversité écosystémique

📝 Points essentiels

• Les quatre modèles proposés sont :
  • le modèle de MacArthur (1955), fondé sur la stabilité et la diversité, avec solidarité des espèces et compensation
  • le modèle d’Ehrlich et Ehrlich (1981), dit des rivets d’avion, associé à une espèce-clé
  • le modèle de Walker (1992), distinguant conducteurs et passagers, avec une espèce-clé ou ingénieur écologique
  • le modèle idiosyncratique de Naeem et al. (1995), qui pose l’absence de relation

💡 Astuce mémo

Un avion dont les rivets sont retirés illustre le modèle d’Ehrlich et Ehrlich.