4 : Aperçu de l'écologie

Niveaux d'étude écologique

Lorsqu'une discipline telle que la biologie est étudiée, il est souvent utile de la subdiviser en domaines plus restreints et connexes. Par exemple, les biologistes cellulaires qui s'intéressent à la signalisation cellulaire doivent comprendre la chimie des molécules signaux (qui sont généralement des protéines) ainsi que le résultat de la signalisation cellulaire. Les écologistes qui s'intéressent aux facteurs qui influencent la survie d'une espèce menacée peuvent utiliser des modèles mathématiques pour prédire comment les efforts de conservation actuels affectent les organismes menacés. Pour produire un ensemble solide d'options de gestion, un biologiste de la conservation doit recueillir des données précises, y compris la taille actuelle de la population, les facteurs affectant la reproduction (tels que la physiologie et le comportement), les exigences en matière d'habitat (telles que les plantes et les sols) et les influences humaines potentielles sur la population menacée et son habitat (qui pourrait être dérivé d'études en sociologie et en écologie urbaine). Dans la discipline de l'écologie, les chercheurs travaillent à quatre niveaux spécifiques, parfois de manière discrète et parfois avec chevauchement : organisme, population, communauté et écosystème (figure\(\PageIndex{a}\)).

Figure\(\PageIndex{a}\) : Les écologistes étudient au sein de plusieurs niveaux biologiques d'organisation. (crédit « organismes » : modification de l'œuvre par « Crystl » /Flickr ; crédit « écosystèmes » : modification de l'œuvre par Tom Carlisle, siège du US Fish and Wildlife Service ; crédit « biosphère » : NASA)

Écologie des organismes

Les chercheurs qui étudient l'écologie au niveau des organismes s'intéressent aux adaptations qui permettent aux individus de vivre dans des habitats spécifiques. Ces adaptations peuvent être morphologiques, physiologiques et comportementales. Par exemple, le papillon bleu Karner (Lycaeides melissa samuelis) (figure\(\PageIndex{b}\)) est considéré comme un spécialiste parce que les femelles pondent (c'est-à-dire pondent des œufs) de préférence sur le lupin sauvage. Cette adaptation préférentielle signifie que le papillon bleu Karner dépend fortement de la présence de lupins sauvages pour sa survie.

Figure\(\PageIndex{b}\) : Le papillon bleu Karner (Lycaeides melissa samuelis) est un papillon rare qui ne vit que dans les zones dégagées avec peu d'arbres ou d'arbustes, comme les pinèdes et les savanes à chênes. Elle ne peut pondre ses œufs que sur des plants de lupin. (crédit : modification de l'œuvre de J & K Hollingsworth, USFWS)

Après l'éclosion, les chenilles émergent et passent de quatre à six semaines à se nourrir uniquement de lupin sauvage (figure\(\PageIndex{c}\)). Les chenilles se pupifient (se métamorphosent) et émergent sous forme de papillons après environ quatre semaines. Les papillons adultes se nourrissent du nectar des fleurs de lupin sauvage et d'autres espèces végétales. Un chercheur intéressé à étudier les papillons bleus Karner au niveau de l'organisme peut, en plus de poser des questions sur la ponte, poser des questions sur la température préférée des papillons (une question physiologique) ou sur le comportement des chenilles lorsqu'elles se trouvent à différents stades larvaires (a question comportementale).

Figure\(\PageIndex{c}\) : Le lupin sauvage (Lupinus perennis) est la plante hôte du papillon bleu Karner

 

Écologie des populations

Une population est un groupe d'organismes qui se reproduisent et qui appartiennent à la même espèce et qui vivent dans la même zone au même moment. (Les organismes qui appartiennent tous à la même espèce sont appelés congénères.) Une population est identifiée, en partie, par l'endroit où elle vit, et sa zone de population peut avoir des limites naturelles ou artificielles : les limites naturelles peuvent être des rivières, des montagnes ou des déserts, tandis que des exemples de limites artificielles incluent le gazon tondu, les structures artificielles ou les routes. L'étude de l'écologie des populations se concentre sur le nombre d'individus dans une zone et sur la manière dont et pourquoi la taille de la population change au fil du temps. Les écologistes des populations sont particulièrement intéressés par le dénombrement du papillon bleu Karner, par exemple, car il est classé comme espèce en danger de disparition au niveau fédéral. Cependant, la distribution et la densité de cette espèce sont fortement influencées par la distribution et l'abondance du lupin sauvage. Les chercheurs pourraient se poser des questions sur les facteurs à l'origine du déclin du lupin sauvage et sur leur incidence sur les papillons bleus Karner. Par exemple, les écologistes savent que le lupin sauvage pousse dans les zones ouvertes où les arbres et les arbustes sont largement absents. Dans les milieux naturels, des feux de forêt intermittents éliminent régulièrement des arbres et des arbustes, aidant ainsi à maintenir les espaces ouverts dont a besoin le lupin sauvage. Des modèles mathématiques peuvent être utilisés pour comprendre comment la suppression des feux de forêt par les humains a entraîné le déclin de cette plante importante pour le papillon bleu Karner.

Écologie communautaire

Une communauté biologique comprend les différentes espèces présentes dans une zone, généralement un espace tridimensionnel, et les interactions au sein de ces espèces et entre elles. Les écologistes communautaires s'intéressent aux processus qui sous-tendent ces interactions et à leurs conséquences. Les questions concernant les interactions entre conspécifiques se concentrent souvent sur la compétition entre les membres d'une même espèce pour une ressource limitée. Les écologistes étudient également les interactions entre diverses espèces ; les membres de différentes espèces sont appelés hétérospécifiques. Des exemples d'interactions hétérospécifiques incluent la prédation, le parasitisme, l'herbivorie, la compétition et la pollinisation. Ces interactions peuvent avoir des effets régulateurs sur la taille des populations et avoir un impact sur les processus écologiques et évolutifs qui influent sur la diversité.

Par exemple, les larves de papillons bleus Karner nouent des relations mutualistes avec les fourmis. Le mutualisme est une forme de relation à long terme qui a évolué conjointement entre deux espèces et dont chaque espèce bénéficie. Pour que le mutualisme existe entre les organismes individuels, chaque espèce doit bénéficier de certains avantages de l'autre en raison de la relation. Les chercheurs ont montré qu'il y a une augmentation de la probabilité de survie lorsque les larves de papillons bleus Karner (chenilles) sont entretenues par des fourmis. Cela peut être dû au fait que les larves passent moins de temps à chaque stade de leur vie lorsqu'elles sont entretenues par des fourmis, ce qui constitue un avantage pour les larves. Pendant ce temps, les larves du papillon bleu Karner sécrètent une substance riche en glucides qui constitue une source d'énergie importante pour les fourmis. Les larves bleues de Karner et les fourmis bénéficient de leur interaction.

Écologie des écosystèmes

L'écologie des écosystèmes est une extension de l'écologie des organismes, des populations et des communautés. L'écosystème est composé de tous les composants biotiques (êtres vivants) d'une zone ainsi que des composants abiotiques (êtres non vivants) de cette zone. Certains des composants abiotiques incluent l'air, l'eau et le sol. Les biologistes des écosystèmes posent des questions sur la manière dont les nutriments et l'énergie sont stockés et comment ils se déplacent entre les organismes et l'atmosphère, le sol et l'eau environnants.

Les papillons bleus Karner et le lupin sauvage vivent dans un habitat aride de chênes et de pins. Cet habitat est caractérisé par des perturbations naturelles et des sols pauvres en nutriments et pauvres en azote. La disponibilité des nutriments est un facteur important dans la distribution des plantes qui vivent dans cet habitat. Les chercheurs qui s'intéressent à l'écologie des écosystèmes pourraient se poser des questions sur l'importance des ressources limitées et du mouvement des ressources, telles que les nutriments, à travers les parties biotiques et abiotiques de l'écosystème.

Lien de carrière : écologiste

Une carrière en écologie contribue à de nombreux aspects de la société humaine. Comprendre les problèmes écologiques peut aider la société à répondre aux besoins humains fondamentaux en matière de nourriture, de logement et de soins de santé. Les écologistes peuvent mener leurs recherches en laboratoire et à l'extérieur dans des environnements naturels (Figure\(\PageIndex{d}\)). Ces environnements naturels peuvent être aussi proches de chez vous que le ruisseau qui traverse votre campus ou aussi loin que les évents hydrothermaux au fond de l'océan Pacifique. Les écologistes gèrent des ressources naturelles telles que les populations de cerfs de Virginie (Odocoileus virginianus) pour la chasse ou les peuplements de peupliers (Populus spp.) pour la production de papier. Les écologistes travaillent également en tant qu'éducateurs qui enseignent aux enfants et aux adultes dans diverses institutions, notamment des universités, des lycées, des musées et des centres naturels. Les écologistes peuvent également occuper des postes consultatifs pour aider les décideurs politiques locaux, étatiques et fédéraux à élaborer des lois respectueuses de l'environnement, ou ils peuvent élaborer eux-mêmes ces politiques et lois. Pour devenir écologiste, il faut être titulaire d'un diplôme de premier cycle, généralement en sciences naturelles. Le diplôme de premier cycle est souvent suivi d'une formation spécialisée ou d'un diplôme supérieur, selon le domaine d'écologie sélectionné. Les écologistes devraient également avoir une vaste expérience des sciences physiques ainsi que de solides bases en mathématiques et en statistiques.

Figure\(\PageIndex{d}\) : Dans le cadre d'une étude, cet écologiste paysagiste relâche un furet d'Amérique dans son habitat naturel. (source : USFWS Mountain Prairie Region, NPS)

Attribution

Modifié par Melissa Ha et Rachel Schleiger de Ecology and the Biosphere by OpenStax (sous licence CC-BY)