L'écologie des populations est la subdivision de l'écologie qui traite de la dynamique des populations d'espèces et de la manière dont ces populations interagissent avec l'environnement. C'est l'étude de l'évolution de la taille des populations d'espèces dans le temps et dans l'espace. Le terme est souvent utilisé de manière interchangeable avec la biologie des populations ou la dynamique des populations. Il décrit aussi souvent les types de lutte pour l'existence. En raison de la sélection naturelle, le nombre d'individus adaptés au maximum augmente.
En biologie, une population est le degré de distribution d'une espèce particulière ou d'un certain nombre de ses représentants vivant dans une zone.
Histoire
Comment tout a commencé ? Le développement de l'écologie des populations est largement lié à la démographie et aux tables de vie actuelles. Cette section est très importante dans les conditions environnementales actuelles.
L'écologie des populations est importante en biologie de la conservation, en particulier lorsquedévelopper une analyse de la viabilité des populations (PVA) qui prédit la probabilité à long terme qu'une espèce reste dans un habitat donné. Bien que cette écologie soit une sous-espèce de la biologie, elle présente des problèmes intéressants pour les mathématiciens et les statisticiens qui travaillent dans le domaine de la dynamique des populations. En biologie, la population est l'un des termes centraux.
Modèles
Comme toute science, l'écologie utilise des modèles. Les modèles simplifiés de changement de population commencent généralement par quatre variables clés (quatre processus démographiques), y compris la mort, la naissance, l'immigration et l'émigration. Les modèles mathématiques utilisés pour calculer les changements de la situation démographique et l'évolution de la population supposent l'absence d'influence extérieure. Les modèles peuvent être mathématiquement plus complexes lorsque « … plusieurs hypothèses concurrentes entrent en collision avec les données en même temps ».
N'importe quel modèle de développement de la population peut être utilisé pour dériver mathématiquement certaines propriétés des populations géométriques. Une population dont la taille augmente géométriquement est une population où les générations reproductrices ne se chevauchent pas. Dans chaque génération, il existe une taille de population effective (et un territoire), notée Ne, qui est le nombre d'individus dans la population qui peuvent et vont se reproduire dans n'importe quelle génération reproductive. Ce qui inquiète.
Théorie de la sélection r/K
Un concept important en écologie des populations est la théorie de la sélection r/K. La première variable est r (taux interne d'accroissement natureltaille de la population, elle ne dépend pas de la densité), et la deuxième variable est K (capacité de charge de la population, dépend de la densité). Les relations intraspécifiques jouent un certain rôle à cet égard.
R-les espèces sélectionnées (par exemple, de nombreuses espèces d'insectes telles que les pucerons) sont celles qui ont des taux de fécondité élevés, un faible investissement parental dans les juvéniles et des taux de mortalité élevés avant que les individus n'atteignent la maturité. L'évolution favorise la productivité des espèces r-sélectionnées. En revanche, les espèces sélectionnées par K (telles que les humains) ont de faibles taux de fécondité, des niveaux élevés d'investissement parental à un jeune âge et de faibles taux de mortalité à mesure que les individus mûrissent.
L'évolution des espèces sélectionnées par K favorise l'efficacité en transformant plus de ressources en moins de progéniture. À la suite de relations interspécifiques improductives, ces descendants peuvent disparaître, devenant les derniers représentants de leur population.
Histoire de la théorie
La terminologie de sélection r/K a été inventée par les écologistes Robert MacArthur et E. O. Wilson en 1967 sur la base de leurs travaux sur la biogéographie insulaire. Cette théorie permet d'identifier les causes des fluctuations de population.
La théorie était populaire dans les années 1970 et 1980 lorsqu'elle était utilisée comme dispositif heuristique, mais est tombée en disgrâce au début des années 1990 lorsqu'elle a été critiquée par plusieurs études empiriques. Le paradigme de l'histoire de vie a remplacé le paradigme de la sélection r/K, mais continue d'inclure bon nombre de ses thèmes importants. Le désir de reproduction est le principalmoteur de l'évolution, cette théorie est donc extrêmement utile pour son étude.
Ainsi, les espèces r-sélectionnées sont celles qui mettent l'accent sur des taux de croissance élevés, ont tendance à exploiter des niches écologiques moins encombrées et produisent de nombreux descendants, dont chacun a une probabilité relativement faible de survivre jusqu'à l'âge adulte (c'est-à-dire un r élevé, un faible K). Une espèce typique de r est le pissenlit (genre Taraxacum).
Dans les environnements instables ou imprévisibles, la r-sélection prévaut en raison de la capacité à se multiplier rapidement. Il y a peu d'avantages dans les adaptations qui lui permettent de rivaliser avec succès avec d'autres organismes car l'environnement est susceptible de changer à nouveau. Les traits censés caractériser la r-sélection comprennent: une fécondité élevée, une petite taille corporelle, un début de maturité précoce, un temps de génération court et la capacité de disperser largement la progéniture.
Les organismes dont le cycle biologique subit une r-sélection sont souvent appelés r-stratèges. Les organismes qui présentent des traits r-sélectionnés peuvent aller des bactéries et des diatomées aux insectes et aux graminées, ainsi que divers céphalopodes à sept lobes et petits mammifères, en particulier les rongeurs. La théorie différentielle K a un lien indirect avec la sélection naturelle des animaux.
Sélection des espèces
Les espèces sélectionnées par K présentent des traits associés au fait de vivre dans des densités proches de la capacité de charge et ont tendance à être de puissants concurrents dans des niches surpeuplées qui investissent plus dans moinsle nombre de descendants. Chacun d'entre eux a une probabilité relativement élevée de survivre jusqu'à l'âge adulte (c'est-à-dire un r faible, un k élevé). Dans la littérature scientifique, les espèces r-sélectionnées sont parfois qualifiées d'"opportunistes", tandis que les espèces K-sélectionnées sont décrites comme "d'équilibre".
Dans des conditions stables ou prévisibles, la sélection K prévaut, car la capacité à rivaliser avec succès pour des ressources limitées est essentielle, et les populations d'organismes sélectionnés K sont généralement très constantes en nombre et proches du maximum que l'environnement peut Support. Contrairement à r-selected, où la taille de la population peut changer beaucoup plus rapidement. Les faibles nombres conduisent à l'inceste, qui est l'une des causes des mutations.
Caractéristiques
Les traits considérés comme caractéristiques de la sélection K incluent une grande taille corporelle, une longue durée de vie et la production de moins de descendants, qui nécessitent souvent des soins parentaux attentifs jusqu'à ce qu'ils soient matures. Les organismes dont le cycle biologique est K-sélectionné sont souvent appelés K-stratèges ou K-sélectionnés. Les organismes avec des traits sélectionnés par K comprennent de grands organismes tels que les éléphants, les humains et les baleines, ainsi que des organismes plus petits et à plus longue durée de vie tels que les sternes arctiques, les perroquets et les aigles. L'augmentation de la population est l'une des luttes pour l'existence.
Classification des organismes
Bien que certains organismes soient identifiés principalement comme des stratèges r ou K, la plupart des organismes ne suivent pas ce schéma. Par exemple, les arbres ont des traits tels quelongévité et haute compétitivité qui les caractérisent en tant que K-stratèges. Cependant, lors de la reproduction, les arbres produisent généralement des milliers de descendants et les dispersent largement, ce qui est typique des stratèges r.
De même, les reptiles tels que les tortues marines ont à la fois des caractéristiques r et k: bien que les tortues marines soient de grands organismes avec une longue durée de vie (à condition qu'elles atteignent l'âge adulte), elles produisent un grand nombre de descendants inaperçus.
Autres expressions
La dichotomie r/K peut être ré-exprimée comme un spectre continu en utilisant le concept économique des rendements futurs actualisés avec un choix r correspondant à de grands taux d'actualisation et un choix K correspondant à de petits taux d'actualisation.
Dans les zones fortement perturbées ou stérilisées par l'environnement (par exemple après une éruption volcanique majeure, comme le Krakatoa ou le mont St. Helens), les stratèges r et K jouent des rôles différents dans la séquence écologique qui restaure l'écosystème. En raison de leurs taux de reproduction plus élevés et de leur opportunisme écologique, les premiers colonisateurs ont tendance à être des stratèges et sont suivis par une série de compétitions croissantes entre la vie végétale et animale. La capacité de l'environnement à augmenter le contenu énergétique grâce à la capture photosynthétique de l'énergie solaire augmente avec l'augmentation de la biodiversité complexe à mesure que les espèces r prolifèrent au maximum possible avecen utilisant des stratégies K.
Nouvel équilibre
Finalement, un nouvel équilibre (parfois appelé communauté culminante) s'ensuit alors que les stratèges r sont progressivement remplacés par des stratèges K qui sont plus compétitifs et mieux adaptés aux changements émergents du paysage microécologique. Traditionnellement, la biodiversité était considérée comme maximisée à ce stade avec l'introduction de nouvelles espèces, entraînant le remplacement et l'extinction locale d'espèces endémiques. Cependant, l'hypothèse de perturbation intermédiaire stipule que des niveaux intermédiaires de perturbation dans le paysage créent des parcelles à différents niveaux de succession, facilitant la coexistence de colonisateurs et de concurrents à l'échelle régionale.
Bien que généralement appliquée au niveau de l'espèce, la théorie de la sélection r/K est également utile pour étudier l'évolution des différences écologiques et de vie entre les sous-espèces. Par exemple, l'abeille africaine A. m. scutellata et l'abeille italienne A. m. ligustica. À l'autre bout de l'échelle, il a également été utilisé pour étudier l'écologie évolutive de groupes entiers d'organismes tels que les bactériophages.
Avis de recherche
Certains chercheurs tels que Lee Ellis, J. Philip Rushton et Aurelio Jose Figueredo ont appliqué la théorie de la sélection r/K à divers comportements humains, notamment la délinquance, la promiscuité sexuelle, la fertilité et d'autres traits liés à la théorie de l'histoire de vie. Les travaux de Rushton l'ont amené à développer la "théorie K différentielle" pour tenter d'expliquer les nombreuses différences de comportement humain entre les zones géographiques. Et cette théorie a été critiquée par de nombreux autres chercheurs. Ce dernier a suggéré que l'évolution des réponses inflammatoires humaines est liée au choix de r/K.
Bien que la théorie de la sélection r/K ait commencé à être largement utilisée dans les années 1970, elle a également reçu une attention croissante. En particulier, une revue de l'écologiste Stephen S. Stearns a attiré l'attention sur les lacunes de la théorie et sur les ambiguïtés dans l'interprétation des données empiriques pour la tester.
Recherches complémentaires
En 1981, la revue de la littérature de Parry en 1981 sur la sélection r/K a montré qu'il n'y avait pas d'accord entre les chercheurs utilisant la théorie de la définition de la sélection r et K, ce qui l'a amené à remettre en question l'hypothèse d'une relation entre la reproduction coûts.fonction.
Une étude de Templeton et Johnson en 1982 a montré que dans une population de Drosophila mercatorum (une sous-espèce de la mouche) soumise à la sélection K, elle produit en fait une fréquence plus élevée de traits généralement associés à la sélection r. Plusieurs autres études contredisant les prédictions de la théorie de la sélection r/K ont également été publiées entre 1977 et 1994.
Quand Stearns a passé en revue le statut d'une théorie en 1992, il a noté que de 1977 à 1982, le service de recherche de littérature BIOSIS avait en moyenne 42 citations de théories par an, mais de 1984 à 1989, la moyenne est tombée à 16 par an. et a continué à décliner. Il a conclu que la théorie r/K était autrefois une heuristique utile qui ne sert plus à rien dans la théorie de l'histoire de la vie.
Plus récemment, la théorie de la panarchie adaptativeLes capacités et la résilience promues par S. S. Holling et Lance Gunderson ont ravivé l'intérêt pour la théorie et l'utilisent comme un moyen d'intégrer les systèmes sociaux, l'économie et l'écologie.
Écologie des métapopulations
L'écologie des métapopulations est un modèle simplifié du paysage en zones de différents niveaux de qualité. Les migrants se déplaçant entre les sites sont structurés en métapopulations en tant que sources ou puits. Dans la terminologie des métapopulations, il y a les émigrants (individus qui quittent le site) et les immigrants (individus qui s'installent sur le site).
Les modèles de métapopulation examinent la dynamique des sites au fil du temps pour répondre aux questions sur l'écologie spatiale et démographique. Un concept important dans l'écologie des métapopulations est l'effet de sauvetage, dans lequel de petites parcelles de qualité inférieure (c'est-à-dire des puits) sont maintenues par un afflux saisonnier de nouveaux immigrants.
La structure de la métapopulation évolue d'année en année, où certains sites sont des puits, comme les années sèches, et deviennent des sources lorsque les conditions sont plus favorables. Les écologistes utilisent un mélange de modèles informatiques et d'études sur le terrain pour expliquer la structure de la métapopulation. La structure par âge d'une population est la présence de représentants de certains âges dans une population.
Autoécologie
L'ancien terme autoécologie (du grec: αὐτο, auto, "soi"; οίκος, oikos, "ménage" et λόγος, logos, "connaissance"), fait référenceà peu près dans le même domaine d'étude que l'écologie de la population. Elle découle de la division de l'écologie en autécologie - l'étude des espèces individuelles en relation avec l'environnement - et en synécologie - l'étude de groupes d'organismes en relation avec l'environnement - ou écologie communautaire. Odum (un biologiste américain) croyait que la synécologie devait être divisée en écologie des populations, écologie des communautés et écologie des écosystèmes, définissant l'autoécologie comme "l'écologie des espèces".
Cependant, depuis un certain temps, les biologistes ont reconnu que le plus grand niveau d'organisation d'une espèce est la population, car à ce niveau, le pool génétique de l'espèce est le plus cohérent. En fait, Odum considérait "l'autoécologie" comme une "tendance actuelle" en écologie (c'est-à-dire un terme archaïque), bien qu'il ait inclus "l'écologie des espèces" comme l'une des quatre divisions de l'écologie.
La première publication de Population Ecology (initialement appelée Population Ecology Research) est sortie en 1952.
Des articles de recherche sur l'écologie des populations peuvent également être trouvés dans des revues d'écologie animale.
Dynamique des populations
La dynamique des populations est une branche des sciences de la vie qui étudie la taille et la composition par âge des populations en tant que systèmes dynamiques, ainsi que les processus biologiques et environnementaux qui les animent (par exemple, les taux de natalité et de mortalité, ainsi que l'immigration et l'émigration). Des exemples de scénarios sont le vieillissement, la croissance ou la contraction de la population.
La croissance exponentielle décrit la reproduction non régulée. C'est très inhabituel à voir dans la nature. La croissance démographique a été exponentielle au cours des 100 dernières années.
Thomas M althus croyait que la croissance démographique conduirait à la surpopulation et à la famine en raison du manque de ressources, y compris de nourriture. À l'avenir, les gens ne pourront pas nourrir de grandes populations. L'hypothèse biologique de la croissance exponentielle est que le taux de croissance par habitant est constant. La croissance ne se limite pas à la rareté des ressources ou à la prédation.
La dynamique des populations a été largement utilisée dans plusieurs applications de la théorie du contrôle. Utilisant la théorie des jeux évolutifs, les jeux de population sont largement appliqués à divers contextes industriels et quotidiens. Principalement utilisés dans les systèmes à entrées multiples et sorties multiples (MIMO), bien qu'ils puissent être adaptés pour une utilisation dans les systèmes à entrée unique, sortie unique (SISO). Quelques exemples d'application sont les campagnes militaires, la distribution de ressources pour la distribution d'eau, l'envoi de générateurs distribués, les expériences de laboratoire, les problèmes de transport, les problèmes de communication. De plus, avec une contextualisation adéquate des problèmes de production, la dynamique des populations peut être une solution efficace et facile à appliquer aux problèmes de contrôle. De nombreuses études scientifiques ont été et sont en cours.
Surpopulation
La surpopulation se produit lorsque la population d'une espèce dépasse la capacité de charge d'une niche écologique. Cela peut être le résultatune augmentation du taux de natalité (taux de fécondité), une diminution du taux de mortalité, une augmentation de l'immigration ou un biome non durable, et un épuisement des ressources. De plus, cela signifie que s'il y a trop de personnes dans un habitat, les gens limitent les ressources disponibles pour survivre. La structure par âge de la population ne joue pas de rôle particulier.
Dans la nature, la surpopulation entraîne souvent une augmentation des populations de prédateurs. Cela a pour effet de contrôler la population de proies et de faire en sorte qu'elle évolue en faveur de caractéristiques génétiques qui la rendent moins vulnérable aux prédateurs (et le prédateur peut co-évoluer).
En l'absence de prédateurs, les espèces sont liées par les ressources qu'elles peuvent trouver dans leur environnement, mais cela ne contrôle pas nécessairement la surpopulation. Du moins à court terme. Une offre abondante de ressources peut conduire à un boom démographique suivi d'une crise démographique. Les rongeurs tels que les lemmings et les campagnols ont ces cycles de croissance rapide de la population et de déclin subséquent. Les populations de lièvres d'Amérique changent également considérablement de façon cyclique, tout comme l'un des prédateurs qui les chassent, le lynx. Il est beaucoup plus facile de suivre cette tendance que d'identifier le génome d'une population.
