19.1 : Démographie et dynamique de la population

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Les populations sont des entités dynamiques. Leur taille et leur composition fluctuent en réponse à de nombreux facteurs, notamment 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 des populations est appelée démographie : un ensemble d'outils mathématiques conçus pour décrire les populations et étudier leur évolution. Nombre de ces outils ont en fait été conçus 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, alors que le terme « démographie » est parfois supposé désigner une étude des populations humaines, toutes les populations vivantes peuvent être étudiées en utilisant cette approche.

Taille et densité de la population

Les populations se caractérisent par leur taille (nombre total d'individus) et leur densité de population (nombre d'individus par unité de surface). Une population peut compter un grand nombre d'individus répartis de façon dense ou éparse. Il existe également des populations comptant un petit nombre d'individus qui peuvent être denses ou très dispersées dans une zone locale. La taille de la population peut affecter le potentiel d'adaptation, car elle influe sur l'ampleur de la variation génétique présente au sein de la population. La densité peut avoir des effets sur les interactions au sein d'une population, telles que la compétition pour la nourriture et la capacité des individus à trouver un partenaire. Les petits organismes ont tendance à être plus densément répartis que les grands organismes (Figure$\PageIndex{1}$).

ART CONNECTION

Le graphique représente la densité logarithmique en kilomètres carrés par rapport à la masse corporelle logarithmique en grammes. Les valeurs sont inversement proportionnelles, de sorte que la densité diminue de façon linéaire avec l'augmentation de la masse corporelle. — **Figure$\PageIndex{1}$ :** Les mammifères australiens présentent une relation inverse typique entre la densité de population et la taille corporelle.

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 ?

Estimation de la taille

La façon la plus précise de déterminer la taille de la population consiste à dénombrer tous les individus de la zone. Cependant, cette méthode n'est généralement pas réalisable du point de vue logistique ou économique, en particulier lors de l'étude de grandes surfaces. Ainsi, les scientifiques étudient généralement les populations en échantillonnant une partie représentative de chaque habitat et en utilisant cet échantillon pour tirer des conclusions sur la population dans son ensemble. Les méthodes utilisées pour échantillonner les populations afin de déterminer leur taille et leur densité sont généralement adaptées aux caractéristiques de l'organisme étudié. Pour les organismes immobiles tels que les plantes, ou pour les organismes très petits et lents, un quadrat peut être utilisé. Un quadrat est un carré en bois, en plastique ou en métal placé au hasard sur le sol et utilisé pour compter le nombre d'individus qui se trouvent à l'intérieur de ses limites. Pour obtenir un dénombrement précis à l'aide de cette méthode, le carré doit être placé à des emplacements aléatoires dans l'habitat suffisamment de fois pour produire une estimation précise. Cette méthode de dénombrement fournira une estimation de la taille et de la densité de la population. Le nombre et la taille des échantillons de quadrats dépendent du type d'organismes et de la nature de leur distribution.

Pour les organismes mobiles plus petits, tels que les mammifères, 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 et à les relâcher dans l'environnement pour les mélanger au reste de la population ; ensuite, un nouvel échantillon est prélevé et les scientifiques déterminent le nombre d'animaux marqués présents dans le nouvel échantillon. 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 souris des champs sont capturées, marquées et relâchées dans la forêt, puis qu'une seconde capture de 100 souris des champs est capturée et que 20 d'entre elles sont marquées, la taille de la population (N) peut être déterminée à l'aide de l'équation suivante :

\[\dfrac{\text{number marked first catch $\times$ total number second catch}}{\text{number marked second catch}} = N\nonumber\]

En utilisant notre exemple, la taille de la population serait de 400 personnes.

\[\dfrac{80 \times 100}{20} = 400\nonumber\]

Ces résultats nous donnent une estimation de 400 individus au total dans la population d'origine. Le nombre réel sera généralement légèrement différent de celui-ci en raison des erreurs fortuites et des biais possibles causés par les méthodes d'échantillonnage.

Distribution des espèces

Outre la mesure de la densité, d'autres informations sur une population peuvent être obtenues en examinant la distribution des individus dans l'ensemble de leur aire de répartition. Le schéma de distribution d'une espèce est la répartition des individus au sein d'un habitat à un moment donné ; de grandes catégories de modèles sont utilisées pour les décrire.

Les individus d'une population peuvent être répartis de manière aléatoire, en groupes ou également espacés (plus ou moins). Ils sont connus sous le nom de modèles de distribution aléatoires, agrégés et uniformes, respectivement (Figure$\PageIndex{2}$). Les différentes distributions reflètent des aspects importants de la biologie de l'espèce ; elles influent également sur les méthodes mathématiques requises pour estimer la taille des populations. Un exemple de distribution 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 des environnements favorables. Une distribution groupée peut être observée chez les plantes qui déposent leurs graines directement sur le sol, comme les chênes ; on peut également l'observer chez les animaux qui vivent en groupes sociaux (bancs de poissons ou troupeaux d'éléphants). Une distribution uniforme est observée chez les plantes qui sécrètent des substances inhibant la croissance des individus voisins (telles que la libération de produits chimiques toxiques par les plants de sauge). On le voit également chez les espèces animales territoriales, telles que les manchots qui conservent un territoire défini pour la nidification. Les comportements défensifs territoriaux de chaque individu créent un schéma régulier de distribution de territoires et d'individus de taille similaire au sein de ces territoires. Ainsi, la répartition 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.

La photo (a) montre des pingouins, qui conservent un territoire défini et ont donc une distribution uniforme. La photo (b) montre un champ de pissenlits dont les graines sont dispersées par le vent, ce qui donne un schéma de distribution aléatoire. La photo (c) montre des éléphants qui se déplacent en troupeaux, ce qui entraîne une distribution groupée. — **Figure$\PageIndex{2}$ :** Les espèces peuvent avoir une distribution aléatoire, groupée ou uniforme. Les plantes telles que (a) les pissenlits dont les graines sont dispersées par le vent ont tendance à être distribuées de manière aléatoire. Les animaux tels que (b) les éléphants qui voyagent en groupe présentent une distribution groupée. Les oiseaux territoriaux tels que les manchots (c) ont tendance à avoir une distribution uniforme. (crédit a : modification d'une œuvre par Rosendahl ; crédit b : modification d'une œuvre par Rebecca Wood ; crédit c : modification d'une œuvre par Ben Tubby)

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. Ces caractéristiques de la population sont souvent affichées dans une table de mortalité.

Tables de survie

Les tables de mortalité fournissent des informations importantes sur le cycle biologique d'un organisme et sur l'espérance de vie des individus à chaque âge. 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 chaque groupe d'âge décède avant son prochain anniversaire, le pourcentage de personnes survivantes décédant à un intervalle d'âge donné (leur taux de mortalité) 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.

\[\text{mortality rate} = \dfrac{\text{number of individuals dying}}{\text{number of individuals surviving}} \times 1000\nonumber\]

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.

\[\text{mortality rate} = \dfrac{12}{776} \times 1000 \approx 15.5\nonumber\]

Comme le montrent les données sur les taux de mortalité (colonne D), un taux de mortalité élevé est survenu lorsque les moutons avaient entre six mois et un an, 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.

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. Ces courbes nous permettent de comparer les cycles biologiques de différentes populations (Figure$\PageIndex{3}$). Il existe trois types de courbes de survie. Dans une courbe de type I, la mortalité est faible au cours des premières années et des années intermédiaires et survient principalement chez les personnes âgées. Les organismes présentant un taux de survie de type I produisent généralement peu de descendants et prodiguent de bons soins à la progéniture, augmentant ainsi les chances de survie de celle-ci. Les humains et la plupart des mammifères présentent une courbe de survie de type I. Dans les courbes de type II, la mortalité est relativement constante tout au long de la vie, et la mortalité est également susceptible de survenir à tout moment de la vie. De nombreuses populations d'oiseaux fournissent des exemples d'une courbe de survie intermédiaire ou de type II. Dans les courbes de survie de type III, c'est chez les jeunes enfants que la mortalité est la plus élevée, les taux de mortalité étant beaucoup plus faibles pour les organismes qui atteignent les années avancées. Les organismes de type III produisent généralement un grand nombre de descendants, mais ne les soignent que très peu ou pas du tout. Les arbres et les invertébrés marins présentent une courbe de survie de type III parce que très peu de ces organismes survivent à leur plus jeune âge, mais ceux qui atteignent un âge avancé ont plus de chances de survivre pendant une période relativement longue.

Le graphique représente le logarithme du nombre d'individus survivants en fonction du temps. Trois courbes sont présentées, représentant les modèles de survie de type I, de type II et de type III. Les oiseaux présentent une courbe de survie de type II qui diminue de façon linéaire avec le temps. Les humains présentent une courbe de survie de type I, qui commence par une pente douce qui devient de plus en plus abrupte avec le temps. Les arbres présentent un schéma de survie de type III, qui commence par une pente abrupte qui devient moins raide avec le temps. — **Figure$\PageIndex{3}$ :** Les courbes de survie montrent la distribution des individus au sein d'une population en fonction de l'âge. Les humains et la plupart des mammifères ont une courbe de survie de type I, car la mort survient principalement au cours des années les plus âgées. Les oiseaux ont une courbe de survie de type II, car la mort est également probable à tout âge. Les arbres ont une courbe de survie de type III parce que très peu d'entre eux survivent plus jeunes, mais après un certain âge, les individus ont beaucoup plus de chances de survivre.

Résumé de la section

Les populations sont des individus d'une espèce qui vivent dans un habitat particulier. Les écologistes mesurent les caractéristiques des populations : taille, densité et schéma de distribution. 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 en supporter un plus grand nombre par unité de surface.

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: l'étude statistique de l'évolution des populations au fil du temps

table de survie: un tableau indiquant l'espérance de vie d'un membre de la population en fonction de son âge

marquer et reprendre: une méthode utilisée pour déterminer la taille de la population d'organismes mobiles

taux de mortalité: la proportion de la population survivant jusqu'au début d'un intervalle d'âge qui décède au cours de cet intervalle

densité de population: le nombre de membres de la population divisé par la zone mesurée

taille de la population: le nombre d'individus dans une population

quadrat: un carré à l'intérieur duquel est effectué un dénombrement d'individus qui est combiné à d'autres dénombrements de ce type pour déterminer la taille et la densité de la population d'organismes stationnaires ou lents

modèle de distribution des espèces: la répartition des individus au sein d'un habitat à un moment donné

courbe de survie: un graphique du nombre de membres survivants de la population par rapport à l'âge relatif du membre

Contributeurs et attributions

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Tableau\(\PageIndex{1}\) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain ^¹
UN	B	C	D	E
Intervalle d'âge (années)	Nombre de décès dans l'intervalle d'âge sur 1 000 naissances	Nombre de personnes survivant 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
\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >0—0.5	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; ">54	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >1000	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >54.0	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >7.06
\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >0.5—1	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 personnes nées » style="text-align:justify ; « >145	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >946	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >153.3	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >—
\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >1—2	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >12	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >801	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >15.0	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >7.7
\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >2—3	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; ">13	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >789	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >16,5	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >6.8
\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >3—4	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >12	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >776	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >15,5	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >5.9
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\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >5—6	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; ">46	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >734	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >62,7	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >4.2
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\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >11—12	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; ">90	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >96	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >937,5	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >0.6
\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >12-13	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; ">3	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >6	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; ">500.0	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >1.2
\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1AIntervalle d'âge (années) » style="text-align:justify ; « >13-14	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1BNombre mourant dans l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; ">3	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1CNumber survivant au début de l'intervalle d'âge sur 1000 nés » style="text-align:justify ; « >3	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain1D Taux de mortalité pour 1 000 personnes vivantes au début de l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; ">1000	\ (\ PageIndex {1} \) : Table de mortalité des moutons de Dall Mountain 1 Espérance de vie ou durée de vie moyenne restant jusqu'à ce qu'ils atteignent l'intervalle d'âge » style="text-align:justify ; « >0.7