Fiche de révision : Populations et dynamique démographique

📋 Plan du Cours

1. Définition et intégration des populations
2. Structure démographique des populations
3. Paramètres et histoires de vie
4. Facteurs des fluctuations démographiques
5. Modèles de croissance et stratégies
6. Prédation et modèle de Lotka-Volterra
7. Applicabilité expérimentale du modèle
8. Oscillations des populations naturelles
9. Limites du modèle de prédation

📖 1. Définition et intégration des populations

🔑 Notions clés & Définitions

• Population : Ensemble des individus d’une même espèce qui vivent dans un lieu donné.
• Métapopulation : Ensemble de populations séparées spatialement mais échangeant des individus et donc des allèles.

📝 Points essentiels

📌 La notion d’individu peut désigner l’ortet, génétiquement issu d’un même zygote ou d’une même spore, ou le ramet, unité fonctionnelle issue du clonage ; ce choix modifie l’effectif mesuré.

• Les facteurs du biotope comprennent:
  • les facteurs climatiques
  • les facteurs édaphiques
  • les autres facteurs physiques et chimiques

💡 Astuce mémo

Population = même espèce et même lieu ; métapopulation = populations séparées mais connectées

📖 2. Structure démographique des populations

🔑 Notions clés & Définitions

• Effectif : Nombre d’individus présents dans une population donnée.
• Densité : Nombre d’individus d’une population donnée par unité de surface.
• Sex-ratio : Rapport du nombre de mâles au nombre de femelles chez les espèces à individus unisexués.

📝 Points essentiels

• Les trois types de répartition horizontale sont:
  • la répartition uniforme
  • la répartition aléatoire
  • la répartition agrégative

📌 Les pyramides des âges distinguent les populations en expansion, stables ou en déclin selon que les jeunes sont plus nombreux, aussi nombreux ou moins nombreux que les adultes reproducteurs.

💡 Astuce mémo

EDSRA : effectif, densité, spatialité, ratio sexuel, âge

📖 3. Paramètres et histoires de vie

🔑 Notions clés & Définitions

• Traits d’histoire de vie : Caractéristiques liées à la reproduction et à la survie des individus qui affectent la démographie et l’évolution des populations.
• Trade-off : Compromis entre l’investissement énergétique dans la reproduction et celui consacré à la croissance, au déplacement ou aux défenses, car les ressources sont limitées.

★ À maîtriser

📐 Formule — La variation d’effectif d’une population vérifie $\Delta N = n - m + i - e$, où n est la natalité, m la mortalité, i l’immigration et e l’émigration.

Compléments

• Les principaux traits d’histoire de vie comprennent:

  • la survie des individus
  • l’espérance de vie
  • la fécondité des individus
  • la viabilité des individus produits

• Les populations peuvent être étudiées par comptage direct, échantillonnage ou marquage-recapture.

💡 Astuce mémo

Natalité, mortalité et migrations → variation de l’effectif

📖 4. Facteurs des fluctuations démographiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité biotique : Effectif maximal qu’un milieu peut soutenir compte tenu de ses ressources disponibles.

★ À maîtriser

📌 Lorsque la densité augmente, la mortalité augmente généralement ou la fécondité diminue en raison de la compétition intraspécifique pour des ressources limitées.

📌 Les relations interspécifiques peuvent avoir un effet positif, neutre ou négatif sur l’effectif d’une population selon qu’elles augmentent, n’affectent pas ou diminuent la survie des protagonistes.

Compléments

• Les variations du biotope, notamment celles de la lumière, des ressources nutritives, de la température, de l’eau ou des substances toxiques, peuvent augmenter ou diminuer l’effectif d’une population.

💡 Astuce mémo

Densité-dépendance = compétition ; densité-indépendance = biotope

📖 5. Modèles de croissance et stratégies

🔑 Notions clés & Définitions

• Stratégie démographique : Modèle d’évolution démographique dépendant des caractéristiques du milieu et des caractéristiques individuelles de reproduction et de survie.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Dans le modèle exponentiel discret, l’effectif vérifie $N(t+1)=rN(t)$, tandis que dans le modèle continu il vérifie $\frac{dN}{dt}=rN$ et $N_t=N_0e^{rt}$. — MALTHUS, 1798

📌 Dans le modèle exponentiel, un taux d’accroissement r positif indique une croissance, r nul une stabilité et r négatif un déclin.

📐 Formule — Dans le modèle logistique discret, l’effectif vérifie $N(t+1)=N(t)+rN(t)\left(1-\frac{N(t)}{K}\right)$, et dans le modèle continu $\frac{dN}{dt}=rN_t\left(1-\frac{N_t}{K}\right)$. — VERHULST, 1845

📌 Les stratégies r associent forte natalité, effectifs fluctuants, maturité sexuelle précoce et faible investissement parental, tandis que les stratégies K associent faible natalité, effectifs proches de K, maturité sexuelle tardive et investissement parental important.

💡 Astuce mémo

r colonise loin de K ; K se maintient près de K

📖 6. Prédation et modèle de Lotka-Volterra

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle de Lotka-Volterra : LOTKA-VOLTERRA, 1925-1926 — Modèle décrivant l’évolution couplée de deux populations en situation de prédation, sans migrations, avec N pour les proies et P pour les prédateurs.

★ À maîtriser

• Dans un système idéal à l’équilibre, les effectifs des proies et des prédateurs oscillent régulièrement, le pic des proies précédant celui des prédateurs.

Compléments

📐 Formule — Dans le modèle de Lotka-Volterra, les équations sont $\frac{dN}{dt}=rN_t-aN_tP_t$ pour les proies et $\frac{dP}{dt}=qP_tN_t-bP_t$ pour les prédateurs.

• Les expériences de Gause sur les Paramécies et les Didinium conduisent souvent à l’extinction des proies ou des prédateurs selon l’ordre d’introduction, tandis que des immigrations régulières permettent de recréer artificiellement les oscillations prévues.

💡 Astuce mémo

Pic des proies → pic des prédateurs → diminution des proies

📖 7. Applicabilité expérimentale du modèle

★ À maîtriser

• Le modèle de Lotka-Volterra décrit des oscillations régulières des effectifs, avec un pic d’effectif des proies précédant celui des prédateurs.

• Dans les expériences de Gause, l’ordre d’introduction des proies et des prédateurs conduit à l’extinction des premières ou des seconds.

📌 Seul l’ajout régulier d’épisodes d’immigration de proies et de prédateurs permet de recréer artificiellement les variations attendues du modèle de Lotka-Volterra. — GAUSE, 1934

Compléments

• Dans les expériences de Gause menées en 1934, des Paramécies et leurs prédateurs Didinium ont été élevés en milieu liquide avec des zones refuges destinées à simuler un milieu naturel.

💡 Astuce mémo

Introductions déséquilibrées → extinction des proies ou des prédateurs

📖 8. Oscillations des populations naturelles

📝 Points essentiels

• Dans certaines populations naturelles, des oscillations proches du modèle de Lotka-Volterra ont été observées, notamment chez les Lièvres d’Amérique et les Lynx du Canada en Alaska. — CAMPBELL & REECE, 2004

💡 Astuce mémo

Proies d’abord, prédateurs ensuite : les pics se décalent

📖 9. Limites du modèle de prédation

🔑 Notions clés & Définitions

• Capacité biotique : Effectif maximal qu’un milieu peut soutenir.
• Métapopulation : Ensemble de populations connectées entre lesquelles les migrations font varier les effectifs.

★ À maîtriser

📌 Le modèle de Lotka-Volterra permet de quantifier les effets possibles de la prédation sur la dynamique des populations, mais sa simplicité et la négligence de nombreux paramètres limitent sa valeur prédictive.

• Dans la nature, une proie possède rarement un seul prédateur et un prédateur possède rarement une seule proie.

Compléments

• Les facteurs fonctionnels susceptibles de modifier la réponse du prédateur sont:

  • la faim
  • le sommeil
  • la période de la journée ou de l’année
  • la disponibilité d’autres ressources

• Les variations de l’effectif des proies liées à leurs propres ressources nutritives ne sont pas prises en compte dans le modèle de Lotka-Volterra.

• Les organismes sont regroupés en populations dont les effectifs varient au cours du temps selon des paramètres démographiques. — SAINTPIERRE et al., 2017

• La variation de l’effectif d’une population peut être approchée par des modèles de croissance exponentielle et de croissance logistique.

• Les relations interspécifiques contribuent également aux variations des effectifs des populations.

💡 Astuce mémo

Modèle simple ≠ réseaux trophiques complexes

📊 Tableaux de synthèse

Modèles exponentiel et logistique

Stratégies r et K