45.1 : Démographie de la population
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Compétences à développer
- Décrire comment les écologistes mesurent la taille et la densité
- Décrire trois modèles différents de répartition de la population
- Utiliser des tables de mortalité pour calculer les taux de mortalité
- Décrire les trois types de courbes de survie et les relier à des populations spécifiques
Les populations sont des entités dynamiques. Les populations comprennent toutes les espèces vivant dans une zone spécifique, et les populations fluctuent en fonction d'un certain nombre de facteurs : les changements saisonniers et annuels de l'environnement, les catastrophes naturelles telles que les feux de forêt et les éruptions volcaniques, et la compétition pour les ressources entre les espèces et au sein de celles-ci. L'étude statistique de la dynamique des populations, la démographie, utilise une série d'outils mathématiques pour étudier la façon dont les populations réagissent aux changements de leurs environnements biotiques et abiotiques. Bon nombre de ces outils ont été conçus à l'origine pour étudier les populations humaines. Par exemple, les tables de mortalité, qui détaillent l'espérance de vie des individus au sein d'une population, ont été initialement élaborées par les compagnies d'assurance-vie pour fixer les taux d'assurance. En fait, bien que le terme « démographie » soit couramment utilisé lorsqu'il s'agit d'humains, toutes les populations vivantes peuvent être étudiées à l'aide de cette approche.
Taille et densité de la population
L'étude d'une population commence généralement par déterminer combien d'individus d'une espèce donnée existent et dans quelle mesure ils sont étroitement associés les uns aux autres. Au sein d'un habitat donné, une population peut être caractérisée par la taille de sa population (N), le nombre total d'individus et sa densité de population, le nombre d'individus dans une zone ou un volume spécifique. La taille et la densité de la population sont les deux principales caractéristiques utilisées pour décrire et comprendre les populations. Par exemple, les populations comptant un plus grand nombre d'individus peuvent être plus stables que les populations plus petites en raison de leur variabilité génétique et donc de leur potentiel d'adaptation à l'environnement. Par ailleurs, un membre d'une population à faible densité de population (plus dispersée dans l'habitat) peut avoir plus de difficulté à trouver un partenaire pour se reproduire qu'une population à densité plus élevée. Comme le montre la figure\(\PageIndex{1}\), les petits organismes ont tendance à être plus densément répartis que les grands organismes.
Art Connection
Comme le montre ce graphique, la densité de population diminue généralement avec l'augmentation de la taille corporelle. Pourquoi pensez-vous que c'est le cas ?
Méthodes de recherche démographique
La façon la plus précise de déterminer la taille de la population consiste simplement à dénombrer tous les individus de l'habitat. Cependant, cette méthode n'est souvent pas réalisable du point de vue logistique ou économique, en particulier lors de l'étude de grands habitats. Ainsi, les scientifiques étudient généralement les populations en échantillonnant une partie représentative de chaque habitat et en utilisant ces données pour tirer des conclusions sur l'habitat dans son ensemble. Diverses méthodes peuvent être utilisées pour échantillonner les populations afin de déterminer leur taille et leur densité. Pour les organismes immobiles tels que les plantes, ou pour les organismes très petits et lents, un quadrat peut être utilisé (Figure\(\PageIndex{2}\)). Un quadrat est un moyen de délimiter les zones carrées d'un habitat, soit en jalonnant une zone avec des bâtons et de la ficelle, soit en utilisant un carré en bois, en plastique ou en métal posé sur le sol. Après avoir défini les quadrats, les chercheurs comptent le nombre d'individus qui se trouvent à l'intérieur de leurs limites. De multiples échantillons de quadrats sont prélevés dans l'ensemble de l'habitat à plusieurs endroits aléatoires. Toutes ces données peuvent ensuite être utilisées pour estimer la taille et la densité de la population dans l'ensemble de l'habitat. Le nombre et la taille des échantillons de quadrats dépendent du type d'organisme étudié et d'autres facteurs, dont la densité de l'organisme. Par exemple, si vous échantillonnez des jonquilles, un quadrat de 1 m 2 peut être utilisé alors que pour les séquoias géants, qui sont plus grands et vivent beaucoup plus éloignés les uns des autres, un quadrat plus grand de 100 m 2 peut être utilisé. Cela garantit qu'un nombre suffisant d'individus de l'espèce sont dénombrés pour obtenir un échantillon précis qui correspond à l'habitat, y compris les zones non échantillonnées.
Pour les organismes mobiles, tels que les mammifères, les oiseaux ou les poissons, une technique appelée marquage et recapture est souvent utilisée. Cette méthode consiste à marquer un échantillon d'animaux capturés d'une manière ou d'une autre (par exemple, des étiquettes, des bandes, de la peinture ou d'autres marques corporelles), puis à les relâcher dans l'environnement pour leur permettre de se mélanger au reste de la population ; plus tard, un nouvel échantillon est prélevé, y compris certains individus marqués ( recaptures) et certains individus qui ne sont pas marqués (Figure\(\PageIndex{3}\)).
À l'aide du ratio d'individus marqués et non marqués, les scientifiques déterminent le nombre de personnes présentes dans l'échantillon. À partir de là, des calculs sont utilisés pour estimer la taille totale de la population. Cette méthode suppose que plus la population est importante, plus le pourcentage d'organismes marqués qui seront recapturés est faible, car ils se seront mélangés à un plus grand nombre d'individus non marqués. Par exemple, si 80 cerfs sont capturés, étiquetés et relâchés dans la forêt, puis que 100 cerfs sont capturés et que 20 d'entre eux sont déjà marqués, nous pouvons déterminer la taille de la population (N) à l'aide de l'équation suivante :
En utilisant notre exemple, la taille de la population serait estimée à 400 personnes.
Par conséquent, il y a environ 400 individus au total dans la population d'origine.
La méthode de marquage et de recapture comporte certaines limites. Certains animaux capturés lors de la première capture peuvent apprendre à éviter d'être capturés lors de la deuxième série, gonflant ainsi les estimations de population. Les animaux peuvent également être piégés de préférence (surtout si une récompense alimentaire est offerte), ce qui entraîne une sous-estimation de la taille de la population. De plus, certaines espèces peuvent être endommagées par la technique de marquage, réduisant ainsi leur survie. Diverses autres techniques ont été mises au point, notamment le suivi électronique des animaux étiquetés par des émetteurs radio et l'utilisation de données provenant d'opérations de pêche commerciale et de piégeage pour estimer la taille et la santé des populations et des communautés.
Distribution des espèces
En plus de mesurer la densité simple, d'autres informations sur une population peuvent être obtenues en examinant la distribution des individus. Les modèles de dispersion des espèces (ou modèles de distribution) montrent la relation spatiale entre les membres d'une population au sein d'un habitat à un moment donné. En d'autres termes, ils indiquent si les membres de l'espèce vivent proches ou éloignés les uns des autres, et quels modèles sont évidents lorsqu'ils sont espacés.
Les individus d'une population peuvent être répartis de manière plus ou moins égale, dispersés de manière aléatoire sans schéma prévisible, ou regroupés en groupes. Ils sont connus sous le nom de modèles de dispersion uniformes, aléatoires et agrégés, respectivement (Figure\(\PageIndex{4}\)). Une dispersion uniforme est observée chez les plantes qui sécrètent des substances inhibant la croissance des individus voisins (comme la libération de produits chimiques toxiques par la sauge Salvia leucophylla, un phénomène appelé allélopathie) et chez des animaux tels que le pingouin qui maintiennent un territoire défini. Un exemple de dispersion aléatoire se produit dans le cas du pissenlit et d'autres plantes dont les graines sont dispersées par le vent et qui germent partout où elles tombent dans un environnement favorable. Une dispersion groupée peut être observée chez les plantes qui déposent leurs graines directement sur le sol, comme les chênes, ou chez les animaux qui vivent en groupe (bancs de poissons ou troupeaux d'éléphants). Les dispersions groupées peuvent également être fonction de l'hétérogénéité de l'habitat. Ainsi, la dispersion des individus au sein d'une population fournit plus d'informations sur la façon dont ils interagissent les uns avec les autres qu'une simple mesure de densité. Tout comme les espèces à faible densité peuvent avoir plus de difficulté à trouver un partenaire, les espèces solitaires à distribution aléatoire peuvent avoir la même difficulté que les espèces sociales regroupées en groupes.
Démographie
Alors que la taille et la densité de la population décrivent une population à un moment donné, les scientifiques doivent utiliser la démographie pour étudier la dynamique d'une population. La démographie est l'étude statistique de l'évolution de la population au fil du temps : taux de natalité, taux de mortalité et espérance de vie. Chacune de ces mesures, en particulier les taux de natalité, peut être affectée par les caractéristiques de la population décrites ci-dessus. Par exemple, une population importante se traduit par un taux de natalité plus élevé parce qu'un plus grand nombre d'individus potentiellement reproducteurs sont présents. En revanche, une population nombreuse peut également entraîner un taux de mortalité plus élevé en raison de la compétition, des maladies et de l'accumulation de déchets. De même, une densité de population plus élevée ou un schéma de dispersion groupée se traduit par un plus grand nombre de rencontres reproductives potentielles entre individus, ce qui peut augmenter le taux de natalité. Enfin, un sex-ratio (le ratio hommes/femmes) ou une structure par âge (la proportion de membres de la population dans des tranches d'âge spécifiques) composé de nombreuses personnes en âge de procréer peuvent augmenter les taux de natalité.
De plus, les caractéristiques démographiques d'une population peuvent influencer la façon dont la population croît ou diminue au fil du temps. Si les taux de natalité et de mortalité sont égaux, la population reste stable. Toutefois, la taille de la population augmentera si les taux de natalité dépassent les taux de mortalité ; la population diminuera si les taux de natalité sont inférieurs aux taux de mortalité. L'espérance de vie est un autre facteur important ; la durée pendant laquelle les individus restent dans la population a une incidence sur les ressources locales, la reproduction et la santé globale de la population. Ces caractéristiques démographiques sont souvent affichées sous la forme d'une table de mortalité.
Tables de survie
Les tables de mortalité fournissent des informations importantes sur le cycle biologique d'un organisme. Les tables de mortalité divisent la population en groupes d'âge et souvent en sexes, et indiquent la durée de vie probable d'un membre de ce groupe. Ils sont modélisés d'après les tables actuarielles utilisées par le secteur de l'assurance pour estimer l'espérance de vie humaine. Les tables de mortalité peuvent inclure la probabilité que les personnes décèdent avant leur prochain anniversaire (c'est-à-dire leur taux de mortalité), le pourcentage de personnes survivantes décédées à un intervalle d'âge donné et leur espérance de vie à chaque intervalle. Un exemple de table de survie est présenté dans le tableau\(\PageIndex{1}\) tiré d'une étude sur le mouflon de Dall, une espèce originaire du nord-ouest de l'Amérique du Nord. Notez que la population est divisée en tranches d'âge (colonne A). Le taux de mortalité (pour 1 000), indiqué dans la colonne D, est basé sur le nombre de personnes décédées pendant l'intervalle d'âge (colonne B) divisé par le nombre de personnes survivantes au début de l'intervalle (colonne C), multiplié par 1 000.
Par exemple, entre trois et quatre ans, 12 individus meurent sur les 776 qui subsistaient sur les 1 000 moutons d'origine. Ce nombre est ensuite multiplié par 1000 pour obtenir le taux de mortalité pour mille.
Comme le montrent les données sur les taux de mortalité (colonne D), un taux de mortalité élevé est survenu lorsque les moutons avaient entre 6 et 12 mois, puis a augmenté encore plus entre 8 et 12 ans, après quoi il y a eu peu de survivants. Les données indiquent que si un mouton de cette population devait survivre jusqu'à l'âge d'un an, il pourrait vivre encore 7,7 ans en moyenne, comme le montrent les chiffres de l'espérance de vie dans la colonne E.
| Intervalle d'âge (années) | Nombre de décès dans l'intervalle d'âge sur 1 000 naissances | Nombre de survivants au début de l'intervalle d'âge sur 1 000 naissances | Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge | Espérance de vie ou durée de vie moyenne restante pour les personnes ayant atteint l'intervalle d'âge |
|---|---|---|---|---|
| 0-0,5 | 54 | 1000 | 54,0 | 7.06 |
| 0,5 à 1 | 145 | 946 | 153,3 | — |
| 1-2 | 12 | 801 | 15,0 | 7,7 |
| 2-3 | 13 | 789 | 16,5 | 6,8 |
| 3-4 | 12 | 776 | 15,5 | 5,9 |
| 4-5 | 30 | 764 | 39,3 | 5,0 |
| 5-6 | 46 | 734 | 62,7 | 4.2 |
| 6-7 | 48 | 688 | 69,8 | 3.4 |
| 7-8 | 69 | 640 | 107,8 | 2.6 |
| 8-9 | 132 | 571 | 231,2 | 1,9 |
| 9-10 | 187 | 439 | 426,0 | 1.3 |
| 10-11 | 156 | 252 | 619,0 | 0,9 |
| 11-12 | 90 | 96 | 937,5 | 0,6 |
| 12-13 | 3 | 6 | 500,0 | 1.2 |
| 13-14 | 3 | 3 | 1000 | 0,7 |
Courbes de survie
Un autre outil utilisé par les écologistes des populations est la courbe de survie, qui est un graphique du nombre d'individus survivant à chaque intervalle d'âge en fonction du temps (généralement à l'aide de données compilées à partir d'une table de mortalité). Ces courbes nous permettent de comparer les cycles biologiques de différentes populations (Figure\(\PageIndex{5}\)). Les humains et la plupart des primates présentent une courbe de survie de type I, car un pourcentage élevé de descendants survivent au début et au milieu de la vie ; la mort survient principalement chez les personnes âgées. Ces types d'espèces ont généralement un petit nombre de descendants à la fois et leur accordent une grande quantité de soins parentaux pour assurer leur survie. Les oiseaux sont un exemple de courbe de survie intermédiaire ou de type II, car les oiseaux meurent de manière plus ou moins égale à chaque intervalle d'âge. Ces organismes peuvent également avoir relativement peu de descendants et fournir des soins parentaux importants. Les arbres, les invertébrés marins et la plupart des poissons présentent une courbe de survie de type III parce que très peu de ces organismes survivent à leur plus jeune âge ; toutefois, ceux qui atteignent un âge avancé ont plus de chances de survivre pendant une période relativement longue. Les organismes de cette catégorie ont généralement un très grand nombre de descendants, mais une fois nés, peu de soins parentaux sont fournis. Ces petits sont donc « seuls » et vulnérables à la prédation, mais leur simple nombre garantit la survie d'un nombre suffisant d'individus pour perpétuer l'espèce.
Résumé
Les populations sont des individus d'une espèce qui vivent dans un habitat particulier. Les écologistes mesurent les caractéristiques des populations : taille, densité, profil de dispersion, structure par âge et sex-ratio. Les tables de mortalité sont utiles pour calculer l'espérance de vie de chaque membre de la population. Les courbes de survie indiquent le nombre d'individus survivant à chaque intervalle d'âge indiqué en fonction du temps.
Connexions artistiques
Figure\(\PageIndex{1}\) : Comme le montre ce graphique, la densité de population diminue généralement avec l'augmentation de la taille corporelle. Pourquoi pensez-vous que c'est le cas ?
- Réponse
-
Les petits animaux ont besoin de moins de nourriture et d'autres ressources, de sorte que l'environnement peut soutenir un plus grand nombre d'entre eux
Notes
- 1 Données adaptées de Edward S. Deevey, Jr., « Life Tables for Natural Populations of Animals », The Quarterly Review of Biology 22, no 4 (décembre 1947) : 283-314.
Lexique
- démographie
- étude statistique de l'évolution des populations au fil du temps
- table de survie
- tableau montrant l'espérance de vie d'un membre de la population en fonction de son âge
- marquer et reprendre
- technique utilisée pour déterminer la taille de la population d'organismes mobiles
- taux de mortalité
- proportion de la population survivant jusqu'au début d'un intervalle d'âge qui décède au cours de cet intervalle
- densité de population
- nombre de membres de la population divisé par la superficie ou le volume mesuré
- taille de la population (N)
- nombre de membres de la population vivant dans un habitat en même temps
- quadrat
- carré composé de divers matériaux utilisés pour déterminer la taille et la densité des populations d'organismes stationnaires ou lents
- modèle de dispersion des espèces
- (également, le schéma de distribution des espèces) localisation spatiale des individus d'une espèce donnée dans un habitat à un moment donné
- courbe de survie
- graphique du nombre de membres survivants de la population par rapport à l'âge relatif du membre