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Expliquer comment circule l’énergie dans un écosystème.
La dynamique d’un écosystème comprend deux processus essentiels :
• Le flux d’énergie
• Les cycles biogéochimiques (la matière)
L’énergie et la matière sont transformés dans les écosystèmes par la photosynthèse et les relations alimentaires.
L’énergie solaire est la source primaire d’énergie pour les écosystèmes. Elle utilise par les photoautotrophes et convertie en énergie chimique et chaleur pour les hétérotrophes. L’énergie circule dans les écosystèmes, mais elle ne peut pas être recyclée.
Définir la productivité primaire d’un écosystème
La productivité primaire correspond à la quantité de matière organiques fixée par photosynthèse.
C’est la quantité d’énergie chimique issue de la conversation de l’énergie lumineuse par les organismes autotrophes d’un écosystème, pendant une période donnée.
Distinguer productivité primaire nette et productivité primaire brute
La productivité primaire nette (PPN) c’est l’énergie accumulée dans la biomasse des producteurs. Elle correspond à la différence entre la PPB et l’énergie utilisée par les producteurs pour la respiration cellulaire autotrophe. PPN = PPB – Respiration cellulaire.
La productivité primaire brute (PPB) c’est l’énergie totale assimilée par un écosystème dans une période donnée. Grâce au photoautotrophe C’est la quantité d’énergie provenant de la lumière convertie en énergie chimique sous forme de molécules organiques par unité de temps.
Décrire les principaux facteurs influençant la productivité primaire.
PPN Aquatiques
Limitée par la lumière : dans la zone euphotique, le premier mètre d’eau absorbe plus de la moitié du rayonnement solaire.
Limité surtout par les nutriments : l’azote et le phosphore sont les deux nutriments qui limitent le plus souvent la productivité marine (s’accumulent dans le fond où il n’y a plus de lumière)
PPN terrestres :
Limité par la température + = stimule la photosynthèse, enzyme fonctionne bien
Limité par l’humidité + = besoin d’eau = photosynthèse
Définir la productivité secondaire.
C’est l’augmentation de la biomasse des consommateurs d’un écosystème. Le taux auquel les consommateurs d’un écosystème convertissent l’énergie chimique de leur nourriture en biomasse est appelé productivité secondaire.
Discuter du transfert énergétique à travers les niveaux trophiques.
C’est le rapport (%) entre la productivité nette d’un niveau trophique et celle du niveau inférieur. C’est le pourcentage de la productivité transférée d’un niveau trophique à un autre .
EE = (Productivité secondaire nette)/(assimilation de la productivité primaire ) x 100 %
Assimilation sa concerne (33J + 67J) = 100 J
Ex : Rendement de la chenille est de 33 J / 100 J x 100 = 33%
Le rendement varie entre 5 à 20 % selon le type d’écosystème. En moyenne 10 % est transféré. Donc, 80-95% de l’énergie ne se rend pas au niveau supérieur (Respiration cellulaire , matière non digestible et fèces).
Exemples :
Oiseaux et mammifères ont un faible rendement variant de 1 à 3 %, car perte d’énergie élevée pour thermorégulation.
Rendement d’environ 10% pour les poissons
Insectes plus efficaces, rendement en moyenne de 40%.
Expliquer comment les cycles sont intégrés dans la biosphère.
Des processus biologiques et géochimiques font passer les nutriments des réservoirs organiques aux réservoirs inorganiques de l’écosystème. Les bases théoriques des cycles de l’eau, du carbone, de l’azote et du phosphore sont présentées dans le texte qui suit.
Flèches représentent les processus
Expliquer le cycle de l’eau
La majeure partie du cycle de l’eau s’effectue entre océan et atmosphère. Les principales étapes sont le réchauffement, l’évaporation, le refroidissement, la condensation et les précipitations.
Expliquer le cycle de carbone
Le cycle du carbone s’effectue entre le gaz carbonique (CO2) et les êtres vivants. Les producteurs fixent le CO2 lors de la photosynthèse en matière organique constituant la structure des organismes vivants. La respiration cellulaire aérobie et anaérobique (fermentation) retournent le CO2 à l’atmosphère.
Formations sédimentaires : calcaire, tourbe, charbon, hydrocarbures fossiles.
Expliquer le cycle de l’azote.
Le principal réservoir (80%) d’azote est l’azote atmosphérique (N2) dans l’atmosphère. Les autres réservoirs de composés azotés organiques et inorganiques se retrouvent un peu partout.
L’humain contribue en excès au cycle en produisant du nitrate pour les engrais et les oxydes d’azote (NOx) libérés par l’utilisation de combustible fossile.
Le cycle de l’azote a besoin de 3 types de bactéries :
- Les bactéries fixatrices d’azote transforment l’azote atmosphérique en ammoniac (NH3) et l’ammonium (NH4)
- Les bactéries nitrifiantes convertissent ces formes ammonifiées en nitrite (NO2 -) et en nitrate (NO3-)
- Les bactéries dénitrifiantes reconvertissent les nitrates en azote atmosphérique (N2).
Expliquer le cycle du phosphore.
Le phosphore est un élément essentiel dans la composition de plusieurs molécules organiques : phospholipides, ATP, acides nucléiques.
On le retrouve aussi dans les dents et l’ossature des Vertébrés.
À l’opposé des cycles de l’azote et du carbone, c’est un cycle sédimentaire. Les principales sources de phosphores inorganique sont constituées par des roches ignées et des dépôts sédimentaires.
- La dégradation des roches libère le phosphore inorganique qui est dissous ou lessivé dans les eaux continentales en phosphate (PO43-)
- Le PO43- est ensuite absorbé par les végétaux et incorporé dans diverses substances organiques où il passe d’un niveau trophique à un autre.
- Il est restitué au sol avec les cadavres, les déchets organiques et excrétions produits par les vivants. Puis, transformé par les microorganismes à nouveau en phosphate minéral PO42- disponible à pour les photoautrophes.
Expliquer comment se produit la bioamplification de produits toxiques dans les chaînes alimentaires.
L’humain a créé des milliers de produits synthétiques dont certains ont été absorbés par des organismes dans la nature. Parfois métabolisées ou excrétés, d’autres s’accumulent dans le tissus adipeux.
C’est l’augmentation de la concentration tissulaire d’une toxine à chaque niveau d’un réseau trophique. Les consommateurs supérieurs ou carnivores sont les plus affectés étant à la fin des réseaux trophiques.
Décrire un exemple d’impact de l’humain
Les perturbations importantes de l’environnement causées par l’humain sont nombreuses :
- Déforestation (agriculture, urbanisation, exploitation)
- Désertification
- Surpêche
- Combustion fossile (+ de CO2 atmosphérique, GES)
- Réchauffement climatique
- Précipitations acides et eutrophisation
- Exploitations minière et pétrolière (ex : plan nord du QC)
- Déversement produits chimiques (pétroles, etc.)
- Introduction espèce exogène (envahissante)
- Braconnage, etc.
Définir l’écologie
C’est l’étude scientifique des interactions entre les organismes entre eux et avec leur milieu. Ces interactions affectent la répartition et l’abondance des organimes. L’écologue est depuis longtemps une science descriptive, mais elle est aussi expérimentale.
Reconnaître l’existence des facteurs biotiques et abiotiques
Facteurs biotiques : Ce sont les facteurs environnementaux biologiques issus des interactions entre toutes les espèces dans une région. Ex : prédation, parasitisme, maladie, compétition.
Facteurs abiotiques : Ce sont les facteurs environnementaux physico-chimiques limitant la répartition dans une région. Ex : Lumière (soleil), température, précipitations (eau), humidité, pression, atmosphérique, dioxygène, salinité, vent, roches et sol, etc.
Définir ce qu’est un biome et donner des exemples.
Un biome est un milieu (écosystème) présentant des conditions physiques similaires.
Les biomes terrestres : • La forêt tropicale • La savane • Le désert • La prairie (steppe) • La forêt méditerranéenne (chaparral) • La forêt tempérée • La forêt de conifères (taïga) • La toundra
Les biomes aquatiques • Les lacs • Les terres humides : marécages • Les ruisseaux, rivières, fleuves • Les estuaires • Les récifs coralliens • Les zones intertidales • La zone océanique pélagique • La zone océanique benthique
Énoncer et décrire les différentes caractéristiques d’une population
Une population c’est un groupe d’individus de la même espèce qui occupent un même territoire au même moment.
Caractéristiques des populations :
• La densité (le nombre d’individus par une superficie ou un volume) et les variations de la taille (le nombre d’individus)
• La dispersion des populations dans l’espace (comment est-ce que les individus sont répartis dans l’espace)
• La structure d’âge des populations (des pyramides d’âge)
Une densité de population c’est le nombre d’individus par unité d’aire ou de volume.
Ex : le nombre de chênes rouges par km2 dans un comté du sud du Québec
Le nombre de cougars de l’est par 100 km2 dans les Laurentides
Le nombre de paramécies dans 1 litre d’eau.
Comment détermine-t-on la densité d’une population ?
Parfois, il est possible de compter tous les individus d’une population (recensement)
Souvent, on estime la densité d’une population en utilisant diverses techniques d’échantillonnage.
La dispersion c’est le mode de distribution des individus à l’intérieur des limites géographiques de la population.
Trois modes généraux de dispersion probable :
1. Agrégats (+ fréquent)
Individus assemblés en meute, groupe, sous-groupe.
Ex :
• Étoiles de mer -> alimentation
• Loups -> comportement sexuel, alimentation
• Végétaux + champignons -> croissance (sel riche en nutriments)
• Insectes -> reproduction, alimentation
Peut être dû à une répartition inégale des ressources dans le milieu attirance entre les individus et/ou de la faible dispersion des petites relativement aux parents.
- Uniforme
Répartition égale des individus (plantation), interactions directes entres les individus (répulsion, territorialité).
Ex :
• Animaux -> territorialité
• Végétaux -> germination, croissance
- Aléatoire
Dispersion imprévisible des individus (dissémination de graines, prédation, variations climatiques, vent, pluie, luminosité variable)
Ex :
• Végétaux (pissenlit) -> dissémination des graines par le vent
La structure d’âge est la proportion de chaque groupe d’âge existant dans une population
Ex : le nombre de jeune (pré-reproducteurs)
Le nombre d’individus en âge de reproduction (reproducteurs)
Le nombre d’individus âgées (post-reproducteurs)
Une pyramide des âges à base élargie est caractéristique d’une population qui s’accroit rapidement car il y a beaucoup d’individus jeunes et en âge de reproduction (pays en développement)
Une pyramide des âges à base étroite est caractéristique d’une population dont l’accroissement est ralentit car il y a beaucoup d’individus âgés et peu de jeunes.
Identifier les facteurs influençant la dynamique des populations (démographie)
La démographie c’est l’étude quantitative des populations et de leurs variations au fil du temps.
Les démographes s’intéressent surtout aux taux de natalité (variations-femelles) et de mortalité d’une population.
Les tables de survie, recensement pour chaque âge du nombre d’individus dans une population, servent aussi aux écologistes.
La courbe de survie permet de mieux visualiser les composantes d’une table de survie et d’analyser la survie des individus d’une population.
Facteurs d’augmentation et diminution de la densité d’une population
o Croissance
• Natalité
• Immigration
o Décroissance
• Émigration
• Mortalité
Décrire les deux modèles d’accroissement démographiques exponentielle (J) et logistiques (S).
L’accroissement démographique réfère à l’évolution de l’augmentation de la taille d’une population par unité de temps.
Elle dépend surtout de la natalité (b) et la mortalité (d) et de la taille de la population
Taux de croissance (r) = b/N – d/N
R > 0 ça signifie que la population augmente
R < 0 ça signifie que la population diminue
R = 0 il n’y a rien, neutre
Il existe deux modèles :
1.Croissance exponentielle : augmentation constante d’une population dans le temps. Abondance des ressources et reproduction max (rmax)
dN/dt = rmaxN
2.Croissance logistique : croissance de freinée par des facteurs limitants (biotique & abiotique)
Capacité limite du milieu (K) + réaliste
Réaliste à condition d’avoir des conditions constantes, sans garantie en milieu naturel dynamique.
Influence de la taille d’une population (N) sur le taux d’accroissement par individu ( r)
Le taux d’accroissement par individu baisse au fur et à mesure que la taille de la population se rapproche de la capacité limite du milieu (K)
dN/dt = rmaxN((K-N)/K)
Décrire ce qu’est la capacité limite du milieu et expliquer son implication dans la croissance d’une population.
La capacité limite du milieu est le maximum d’individus qu’il peut y avoir dans la population, dans cet endroit. Elle entraine un plateau ou un pic dans la population dans un endroit donné dans un temps donné, elle limite l’accroissement logistique.
Expliquer comment certains facteurs dépendants de la densité produisent une rétro-inhibition.
Facteurs dépendants de la densité : réduisent l’accroissement de la population en diminuant la reproduction et/ou en augmentant la mortalité (rétro-inhibition = retour à l’état d’équilibre initiale)
Ex : • Limitation de ressources (eau, nourriture…) • Manque d’espace • Fécondité • Prédation • Maladie • Stress • La territorialité
Expliquer l’influence des facteurs indépendants de la densité.
Facteurs indépendants de la densité : facteurs physiques imprévisibles, sporadiques et rares sans rapport avec la densité de la population.
Exemple : • Climat • Incendie • Ouragan • Volcan • Inondation
Définir une communauté et reconnaitre l’importance de sa biodiversité et sa structure trophique dans sa stabilité.
Une communauté c’est des populations d’espèces différentes vivant et interagissant dans une même région.
Les communautés avec une composition semblable constituent un biome. Le climat (température, précipitations, soleil, vent) influence la distribution des espèces végétales et donc les espèces animales.
La biodiversité c’est la variété de types d’organismes que la communauté comporte. La diversité permet d’améliorer la productivité et la stabilité des communautés biologiques. ( + biodiversité, + grande productivité primaire, + stabilité.+)
• La richesse spécifique, c’est le nombre total d’espèce dans la communauté en fonction de la latitude planétaire, diminuant de l’équateur vers les pôles.
L’abondance relative c’est la proportion de chaque espèce par rapport total d’individus dans la communauté.
La stabilité c’est la capacité de retrouver la composition initiale de la communauté suite à une perturbation environnementale. C’est la résistance aux changements
Ex : feu de forêt boréale -> forêt brûlée -> régénérescence -> forêt boréale…
Distinguer les différentes interactions interspécifiques et reconnaître leur influence dans les cycles biologiques
Les interactions interspécifiques sont les relations entre les populations d’espèces différentes vivant ensemble dans une communauté.
