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Cours de M. Mouly en master MEEF SVT...

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A. Mouly

Dynamique des populations

Dynamique des populations Principes fondamentaux Les espèces sont constituées de populations d’individus. Les populations sont un système dynamique en raison de la variation de ses paramètres intrinsèques et des paramètres de l’environnement. La population est l’entité évolutive de l’espèce. Toutes les populations changent de taille au cours du temps (augmentation ou diminution). La variation de la taille d’une population dépend du nombre de naissances et de décès de cette population, aussi bien que du nombre d’individus qui immigrent (entrent) ou émigrent (sortent). Une population augmente chaque fois que le cumul des naissances et des immigrés est supérieur au nombre de décès et des émigrés. Le tout est sous la dépendance des facteurs de l’environnement.

Les facteurs limitants Ils sont proches de ceux qui influencent les espèces, entités groupant des populations, ils appartiennent à deux catégories : -

Facteurs abiotiques (principalement) climatiques (lumière, température, humidité,…) ou liés au contexte (pH, etc.), ils sont indépendants de la densité de population. Facteurs biotiques, le plus souvent liés à la nourriture…

Démographie Les tables de survie indiquent la destinée d’une cohorte d’organismes nouveau-nés ; il s’agit d’une compilation des taux de mortalité, du nombre de survivants restant dans chaque groupe d’âge et de la fécondité moyenne.

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Les courbes de survie représentent le nombre de survivants d’une cohorte en fonction de l’âge ; souvent, le taux de mortalité est élevé chez les individus jeunes, élevé chez les individus âgés ou constants dans les groupes d’âge intermédiaire.

Ex : l’Homme, a un taux de survie plus élevé chez les jeunes que chez les vieux, il y a une décroissance élevé chez une certaine classe d’âge. Généralisations des courbes de survie Les populations d’espèces opportunistes commencent à se reproduire en bas age et engendrent beaucoup de rejetons à la fois ; la taille de ces populations fluctue beaucoup en fonction du milieu (type III). Les populations d’espèces spécialisées produisent peu de rejetons à la fois, mais chacun a de bonnes chances de survie (type I).

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La plupart des populations ont des caractéristiques des espèces opportunistes et des espèces spécialisées ; l’influence relative des deux types de caractéristiques varie selon les conditions écologiques (type II). Courbes de survie et stratégies de vie (rK)

Equilibre de population et stratégie de vie (rK) Il y a un soin à la progéniture par les adultes très présents pour les stratégies K. Pour les stratégies r, il n’y a pas de nivellement par la population, seul le milieu de vie, la prédation, etc… jouera pour la variation de descendance. Dynamique et traits de vie (rK)

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Stratégie de vie CSR (plantes) C : compétitrice (car prennent une grande superficie au sol ou lumineuse) R : rudérale (résistance aux perturbations – forte reproduction sexuée (production de graines)) S : stress – tolérante (division clonale, petite taille) Il y a bien sur tout un panel de stratégies intermédiaires.

Croissance de populations On a différents modèles de croissance d’une population : -

Courbes en « J » (exponentielle), puis chute. 4

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Courbe en « S » (stabilisation autour de capacité limite).

Parfois la taille de la population de deux espèces présente des cycles liés aux variations conjointe (lynx-lièvre). Il y a des cas assez rare, une même espèce peut présenter des modèles de croissance très différents selon les caractéristiques locales (ex : chouettes).

Croissance exponentielle Ce type de croissance est un mode d’accroissement rapide de population qui se produit quand une population augmente en proportion constante d’une génération à l’autre. Il y a l’augmentation proportionnelle constante, mais l’augmentation numérique est plus grande à chaque génération. Le temps nécessaire pour que la taille d’une population double (temps de doublement) est utilisé pour mesurer la rapidité de l’accroissement des populations.

Modèle logistique Les populations ne peuvent pas s’accroitre sans limites. Ex : bactéries dans un bocal, exemple extrême car pas d’apport ni élimination des déchets. Notre monde ressemble bien à un système fermé (espace et aliments en quantité limitée), on a la notion de capacité limite de l’environnement. Quand les taux de natalité et de mortalité sont équilibrés, la population s’arrête de croitre et sa taille se stabilise au seuil de la capacité de l’environnement. La croissance va freiner la courbe théorique, car au plus la population augmente au plus le milieu joue un rôle majeur dans la variation de population.

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Régulation de la taille des populations La taille des populations est régie par des facteurs dépendants de la densité et, dans certains cas, par des facteurs indépendants de la densité. Les facteurs dépendants de la densité ont plus d’effet à mesure que la densité de population augmente, à cause de l’augmentation de la compétition intraspécifique, de la prédation ou des maladies. L’équation logistique exprime l’effet des facteurs dépendants de la densité, lesquels finissent par stabiliser les populations autour de la capacité limite du milieu. Au plus il y a de la densité dans la population (bancs de poissons…) au plus la prédation est accentuée, c’est plus facile d’avoir une proie dans bancs que seul. Les facteurs indépendants de la densité, tels les phénomènes climatiques, réduisent d’une certaine proportion la taille des populations, quelle que soit leur densité. Ces facteurs se superposent souvent à des facteurs dépendants de la densité.

Accroissement de la population humaine

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L’accroissement de la population humaine est exponentiel depuis deux siècles. Le taux d’accroissement démographique varie selon les pays, en raison de facteurs écologiques, culturels et historiques. En améliorant la vie avec la technologie on prend énormément d’ampleur.

Pyramides de l’âge de populations humaines La population humaine a une expansion forte mais les expansions locales sont très différentes.

Croissance en fonction de l’allocation en ressources Les oscillations sur la durée 200-300jours est densité dépendantes. Tant que la ressource alimentaire est apportée en quantité suffisante on aura une croissance.

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Modélisation de la croissance dans le temps Les oscillations sont propres aux espèces, le risque d’extinction peut être très fréquent quand on a des risques et aléas du milieu élevé.

A un temps donné, l’image et la structure perçues de la population dépendent majoritairement de l’échelle d’observation. Une population dans une ère géographique donnée est morcelée, on appelle ça des métapopulations (simili population à faible échelle qui interagissent entre elles, on a la formation de réseaux et donc énormément de migrations ; on n’a pas une population stable individuelement mais plus globalement c’est stable).

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Métapopulation Les populations larges sont structurées en un réseau de sous-populations plus ou moins interconnectées.

L’habitat favorable à une espèce se rencontre souvent de manière discontinue, les taches favorables étant séparées par des surfaces d’habitat défavorable (en fonction des paramètres environnementaux ou de l’anthropisation). Lorsque les populations dans les taches d’habitat – souvent appelées populations locales – sont connectées entre elles par un niveau intermédiaire de mouvements d’individus, l’ensemble des populations locales est appelé «métapopulation », ou population de populations. métapopulation = ensemble de populations locales discrètes ayant des dynamiques partiellement indépendantes à tout moment, certaines parcelles d’habitat favorables peuvent être occupées et d’autres inoccupées.

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Une population locale peut s’éteindre, rendant de ce fait la parcelle d’habitat vacante. Une extinction et la colonisation qui la suit sont appelées un cycle d’extinction-colonisation. Le temps écoulé avant que toutes les populations locales d’une métapopulation s’éteignent est appelé le temps de persistance de la métapopulation. Les modèles de métapopulation représentent l’occupation de parcelles d’habitats alors que le modèle logistique des populations simples représentait la dynamique de la densité de ces populations.

Une métapopulation peut agir comme source (donne des individus) ou comme puits (récupère des individus). La fitness (survie et reproduction) et le rôle des populations d’une métapopulation ne sont pas toujours identiques ni stables dans le temps.

Exemple de la mésange ; les variations phénotypiques vont permettre de faire changer les tendances évolutives.

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Les flux de populations sociables varient au cours du temps en fonction de la part culturelle et sociétale. Migration, échanges de gènes entre populations et sociabilité chez les primates.

La structuration génétique est plus ou moins similaire d’une population à une autre selon de niveau d’échange entre elles.

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La structuration spatiale est aussi à prendre en compte. La structuration génomique peut également changer d’une population à une autre. On connait peu les flux entre phénotypes différents.

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Variation dans le temps La structure d’une population évolue plus ou moins rapidement dans le temps. Les individus n’agissent pas tous de manière coordonnée. Les dynamiques sont indépendantes les unes des autres malgré des migrations importantes.

Une population structurée dans le temps est une population qui compote plusieurs stades de développement des individus. Ex : Cycle d’une cigale.

Fécondation –> ponte –> larve souterraine (2 – 3 ans dans le sol) –> transformation en imago va ressortir. Une population d’une même année est en « dormance » va se réinjecté dans les années plus tard (23ans). Diapause, temps de latence/ dormance plus ou moins fixe ; la progéniture est non visible à la surface. On a dans le sol une population qui peut se régénéré si il y a un problème ponctuel (feu…).

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Plusieurs paramètres peuvent influencer la structure d’une population n+1.

La structure temporelle d’une population peut être complexe, ex : dormance, diapose. Sa compréhension nécessite alors de longues périodes d’étude. L’influence des facteurs environnementaux est forte sur cette structure

La répartition géographique des individus peut changer dans le temps et ainsi changer l’aspect des métapopulations.

La répartition géographique des individus peut changer dans le temps, et ainsi changer l’aspect des métapopulations, au niveau terrestre.

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Stratégie reproductive La stratégie de reproduction influence énormément la dynamique et la structure de la population. Chez les espèces annuelles on a des variations fréquentes, chez les espèces vivaces on a des dynamiques plus stables.

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La reproduction clonale peut conférer un avantage certain pour l’expansion. Les types de reproduction sont souvent coexistants, exprimés selon les conditions locales.

L’établissement de relations sociales liées à l’accès à la reproduction est à l’origine d’une structure dynamique des populations. Ex : les saumons mâles peuvent devenir femelle à cause de leur densité (beaucoup de mâle pour peu de femelles) ou en fonction de leur maturation, jeune mâle ou femelle et quand il sera plus vieux il sera femelle ou mâle (inverse du sexe jeune). Les cycles biologiques correspondent à des stratégies reproductives et des traits de vie fixés dans les populations puis les espèces en fonction de leur écologie.

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Chez les plantes : Lors qu’il y a une faible densité l’autofécondation va prédominer mais quand la densité est forte la reproduction sexuée redevient prédominante. Il y a la survie de l’individu qui prédomine, la reproduction sexuée va permettre de mélanger les gènes et d’évoluer. La capacité reproductrice des individus dépend notamment de l’allocation spatiale des individus. Les paramètres du milieu peuvent aussi jouer dans l’investissement reproductif et l’induction florale. Les paramètres du milieu peuvent influer également ou de manière différentielle sur les populations d’un même milieu.

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Relations inter-spécifiques : la compétition La compétition pour l’espace et l’accès aux ressources intervient à plusieurs niveaux chez les végétaux. On a des changements innés ou acquis.

La fitness des populations d’espèces différentes détermine leur statut/place dans le milieu.

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La fitness des populations d’une espèce change donc en fonction des autres populations du milieu ou du nombre d’individus de la même population.

Proie – prédateur Les fitness des populations de prédateurs et de celles de leurs proies sont très souvent liées entre elles, selon des modalités schématiquement simples, mais en réalité complexes.

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Le modèle Lotka-Volterra définit les principes de la relation proie –prédateurs. La densité de proie ou prédateur va faire infléchir la population de l’autre. Ce modèle correspond à un système cyclique de la variation interdépendante de densité d’une population de prédateurs et d’une population de proies. Des perturbations fortes sur la population de l’un des protagonistes change les paramètres du modèle et entraine le système vers sa perte. Hôte – parasite Ce modèle de Lotka- Volterra a été plus tard adapté par Nicholson- Bailey pour la relation hôteparasite.

Le modèle hôte parasite au contraire de Proie-Prédateur n’est pas stable, il consiste à une augmentation de la période de chacun des protagonistes.

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Synthèse – schéma bilan

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