Communautés écologiques

Communautés écologiques: Réseaux d’espèces en interaction

Nous souhaitons apprendre:

• Qu’est-ce qu’une communauté écologique et quels types d’interactions s’y déroulent?
• Quelle est l’importance des différentes catégories d’interactions entre espèces, y compris les mutualismes, les commensalismes, la compétition et la prédation?
• Quels types d’interactions entre espèces deviennent importantes lorsque de nombreuses espèces s’affectent les unes les autres?
• Quelles conséquences ces interactions ont-elles pour la biodiversité

26/10/2008

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Interactions entre les espèces, Réseaux trophiques et communautés écologiques

Une communauté écologique est définie comme un groupe d’espèces en interaction réelle ou potentielle vivant dans le même lieu. Une communauté est liée par le réseau d’influences quiles espèces ont les unes sur les autres. Ce point de vue est inhérent à l’idée que toutaffecte une espèce affecte également beaucoup d’autres species « l’équilibre de la nature ».Nous construisons une compréhension des communautés en examinant les interactions bidirectionnelles, puis multidirectionnelles, impliquant des paires d’espèces ou de nombreuses espèces.

type of interaction	sign	effects
mutualism	+/+	both species benefit from interaction
commensalism	+/0	one species benefits, one unaffected
competition	-/-	each species affected negatively
predation, parasitism, herbivory	+/-	one species benefits, one is disadvantaged

Food webs are graphical représentations des interconnexions entre les espèces basées sur le flux d’énergie. L’énergie pénètre dans ce réseau biologique de la vie au bas du diagramme, par la fixation photosynthétique du carbone par les plantes vertes. De nombreux réseaux trophiques acquièrent également des apports énergétiques par la décomposition de la matière organique, telle que la décomposition des feuilles sur le sol de la forêt, aidée par des microbes. Les réseaux de nourriture fluviale dans les cours d’eau d’amont boisés en sont de bons exemples.

L’énergie passe de niveaux inférieurs à des niveaux supérieurs d’alimentation par la consommation: les herbivores consomment des plantes, les prédateurs consomment des herbivores et peuvent à leur tour être mangés par les prédateurs supérieurs. Certaines espèces se nourrissent à plus d’un niveau tropical, sont donc appelées omnivores. La figure 1 présente un modèle simplifié d’un tel réseau trophique.

Réseau trophique généralisé. Un réseau trophique est un assemblage d’organismes, y compris des producteurs, des consommateurs et des décomposeurs, à travers lesquels l’énergie et les matériaux peuvent se déplacer dans une communauté

Nous pouvons examiner ce réseau trophique en deux jours. Il peut s’agir d’un diagramme du flux d’énergie (carbone) des plantes versherbivores vers carnivores, etc. Nous adopterons cette approche lorsque l’énergie de weexamine circulera dans les écosystèmes. De plus, les membres d’afoodweb peuvent interagir les uns avec les autres via l’un des quatre types d’interaction nommés ci-dessus. Une interaction entre deux espèces dans une partie de la toile peut affecter des espèces à une certaine distance, en fonction de la force et du signe des interconnexions. Souvent, l’ajout d’une espèce (comme lorsqu’une espèce exotique envahit une nouvelle zone) ou l’élimination d’une espèce (comme lors d’une extinction locale) a des effets étonnamment profonds sur de nombreuses autres espèces. Cela est dû aux interconnexions complexes des espèces dans les réseaux écologiques.

Les écologistes utilisent les termes suivantspour décrire différentes catégories d’effets d’un changement (en abondance, ou présence vs absence) d’une espèce sur une autre.

1. Les effets directs désignent l’impact de la présence (ou du changement d’abondance) de l’espèce A sur l’espèce B dans l’interaction entre deux espèces.
2. Les effets indirects font référence à l’impact de la présence (ou du changement d’abondance) de l’espèce A sur l’espèce C via une espèce intermédiaire (A –>B –>C).
3. Les effets en cascade sont ceux qui s’étendent sur trois niveaux trophiques ou plus, et peuvent être de haut en bas (predator id>herbivore –>plante) ou de bas en haut (planteplant>herbivore herb>herbivore>predator).
4. Les espèces clés sont celles quiproduisent de forts effets indirects.

Le concept d’espèce clé est l’une des idées les plus connues en écologie communautaire. Bien qu’il soitque de nombreuses espèces interagissent potentiellement les unes avec les autres dans un réseau alimentaire tel que représenté à la figure 1, dans la nature, il existe de grands acteurs et de petits joueurs. Les plus grands acteurs de tous sont appelés espèces clés de voûte. Il s’agit d’une espèce dont la présence ou l’absence, ou une augmentation substantielle ou une diminution de l’abondance, affecte profondément les autres espèces de la communauté. Les preuves proviennent généralement d’expériences dans lesquelles une espèce est ajoutée àou retirée d’une communauté. Le nom dérive de la pierre du centredans une arche soutenant son poids par des pierres inclinées vers l’intérieur. Le retrait de la clé de voûte provoque l’effondrement de l’arche.

Dans la zone intertidale rocheuse de l’État de Washington, et dans d’autres zones similaires, les étoiles de mer ont été montrées comme des espèces clésToute la communauté vit sur des parois rocheuses relativement verticales dans la zone de marée-balayage des vagues. La communauté d’invertébrés marins et d’algues est adaptée pour s’accrocher ou adhérer à la paroi rocheuse, où la plupart se nourrissent de la petite vie animale en suspension dans l’eau (plancton). Un bivalve, le musselMytilus, est supérieur à la fixation aux parois rocheuses, ce qui en fait le dominant compétitif. Une étoile de mer (Pisaster) est un prédateur efficace des moules, ce qui rend l’espace disponible pour d’autres espèces et, par conséquent, il est essentiel de maintenir une communauté biologique diversifiée.

On connaît des cas où un prédateurprime aussi fortement ses proies (herbivores), que le niveau trophique inférieur (plantes) profite car il est libéré des pressions de l’herbivore. De telles cascades trophiques « descendantes », où la communauté semble plus ou moins verte en fonction de l’abondance des prédateurs, sont bien connues dans les lacs. Nous connaissons également des exemples où la fertilisation d’un système, qui augmente la croissance des plantes, entraîne plus de prédateurs, par l’augmentation de l’abondance des herbivores. Il s’agit d’une cascade trophique ”ascendante ».

Notre compréhension de ces interactions complexes entre espèces donne corps à l’expression populaire « équilibre de la nature”. On peut également comprendre comment une suppression d’une espèce induite par l’homme (un événement d’extinction) ou l’ajout d’une espèce (l’invasion d’une communauté par une espèce non indigène) pourrait nuire à de nombreuses espèces supplémentaires, un sujet que nous examinerons au cours du deuxième semestre.

Nous acquerrons une appréciation plus complète des interactions complexes et multi-voies entre les espèces au fur et à mesure de cette série de conférences. Cependant, nous pouvons pleinement apprécier la complexité de ces interactions multi-voies, il est utile de comprendre d’abord lesuances des différentes interactions bidirectionnelles. Nous développerons notre compréhension des interactions des espèces dans les communautés écologiques sur la base de ces blocs de construction.

Interactions mutualistes

Un mutualisme est une interaction dont les deux côtés bénéficient. La pollinisation est une interaction mutualiste commune. La plante gagne le transfert de gamètes, l’animal reçoit du nectar (et aussi du pollen).

Les mutualismes facultatifs sont bénéfiques, mais pas essentiels à la survie et à la reproduction de l’une ou l’autre des parties. Les mutualismes obligatoires sont ceux qui sont essentiels à la vie de l’un ou des deux associés.Nous examinerons un exemple de chacun.

Une mutualisation facultative fascinante implique le peuple borain d’Afrique, et un oiseau connu sous le nom de guide du miel.Selon les peintures rupestres, les humains collectent du miel en Afrique depuis20 000 ans. HLes chasseurs d’uman sont souvent rejoints par le plus grand guide de chasse (Indicateur indicateur), qui les conduit aux colonies d’abeilles.Dans les zones inconnues, le temps moyen de recherche était de 8,9 heures lorsqu’il n’était pas guidé, mais de seulement 3,2 heures lorsqu’il était guidé par l’oiseau. Les Borains utilisent le feu et la fumée pourdéplacer les abeilles, ouvrir le nid et retirer le miel, mais laisser des larves et de la cire derrière. L’oiseau accède aux larves et à la cire. L’utilisation du feu et de la fumée réduit le risque de piqûre de l’oiseau et l’homme augmente l’accessibilité des nids. Selon les Borains, le guide honey les informe de: direction, à partir du palier compas du vol des oiseaux; distance, à partir de la durée de la disparition de l’oiseau et de la hauteur de la perche; andarrival, par l' »appel d’indicateur ». Les oiseaux et les Borains peuvent survivre sansl’autre, mais chacun bénéficie de ce mutualisme facultatif.

Un mutualisme entre certaines fourmis et un petit arbre, l’acacia, fournit un excellent exemple de mutualisme obligatoire. Ce système particulier a été largement étudié au Costa Rica. L’acacia apporte un certain nombre d’avantages aux fourmis, y comprisl’écorce (épines creuses), les protéines (corps beltiens à l’extrémité des folioles), le nectar (sécrété près de la base des feuilles). La fourmi (Pseudomyrmex) fournitplusieurs formes de protection. Il attaque et élimine les insectes herbivores, Il élimine également les vignes qui pourraient envahir l’acacia et tue les pousses de croissance des plantes voisines qui pourraient devenir des concurrents. Comme l’acacia pousse dans un environnement sec et saisonnier où il est parfois menacé par le feu, les activités de la fourmi protègent également l’arbre des dommages causés par le feu.

Attaque de fourmis Pseudomyrmexacka Katydid placée sur une plante d’acacia

De nombreux autres exemples de mutualisme peuvent vous être familiers.

• Symbiotes intestinaux chez les herbivores : les mammifères ne digèrent pas la cellulose
• endosymbiose et origine des cellules eucaryotes: on pense que les mitochondries, les flagelles et les chloroplastes sont dérivés de bactéries vivantes
• systèmes de pollinisation
• le polype corallien et son endosymbiote « algue » (en fait un dinoflagellé)

Commensalisme

Lorsqu’une espèce en profite et que l’autre espèce n’en profite ni n’en souffre, l’interaction est « +/0 ». Dans le sud-est des États-Unis et en Amérique du Sud, il est courant de voir des aigrettes dans les cattlepastures. Ils suivent le bétail, mangeant des insectes délogés ouforcés de voler pendant que le bétail pît dans le champ. On pourrait supposer que les egretsbénéficient au bétail, en consommant des insectes qui pourraient rivaliser avec les vaches pour la nourriture.L’interaction serait un mutualisme si cela était démontré (mais cela semble un peu tiré par les cheveux). En supposant qu’aucun avantage pour le bétail, c’est un commensalism.It il arrive souvent, comme l’illustre cet exemple, que nous ne soyons pas sûrs si l’interaction est « +/O » ou « +/+ ».

Le poisson clown et l’anémone illustrent également ce point. Le poisson clown se cache des ennemis dans les tentacules urticantsd’une anémone de mer, à laquelle le poisson clown est immunisé. Certains rapportent cette interaction comme un mutualisme, arguant que le poisson-clown dépose des restes de nourriture dans la bouche de l’anémone. Des études minutieuses n’ont pas trouvé beaucoup de soutien pour tout bénéfice pour l’anémone, donc cela semble être un commensalisme.

Résumé

Les interactions entre espèces au sein des réseaux écologiques comprennent quatre principaux types d’interactions bidirectionnelles: le mutualisme, le commensalisme, la compétition et la prédation (qui comprend l’herbivorie et le parasitisme). En raison des nombreux liens entre les espèces au sein d’un réseau trophique, les changements apportés à une espèce peuvent avoir des effets de grande portée. Nous examinerons ensuite la concurrence et la prédation, puis nous reviendrons sur des effets indirects et en cascade plus compliqués.

Lectures suggérées

Purves, W.K., G.H. Orians et H.C.Heller. La vie: La Science de la biologie. Sinauer, Sunderland MA.