Soutenance mémoire
Notions d’ individu, d’espèce, de population, de biocénose
L’individu est l’unité élémentaire du monde vivant, porteur d’un patrimoine génétique qui lui est propre.
L’espèce regroupe un ensemble d’individus, capables de se reproduire entre eux et de donner naissance à un individu fertile. Ainsi, le lion et la tigresse peuvent se reproduire entre eux mais sont des espèces distinctes puisque leur descendant, le tigron, ne peut pas se reproduire, il n’est pas fertile. Nous pouvons différencier au sein d’une même espèce des ensembles qualifiés de sous-espèces, races, souches, variété… établis sur des bases morphologiques, géographiques ou génétiques.
La population correspond à l’ensemble des individus d’une même espèce biologique habitant un même milieu. Les espèces sont souvent réparties en populations plus ou moins isolées, qui peuvent ou non échanger des individus et donc des informations génétiques : ce sont des métapopulations.
Enfin, la biocénose est l’ensemble des populations d’espèces animales et végétales vivant dans un milieu donné.
Les écosystèmes et biomes
La convention sur la diversité biologique définit l’écosystème comme un « complexe dynamique formé de communautés de plantes, d’animaux et de micro-organismes, et de leur environnement non vivant, qui, par leur interaction, forment une unité fonctionnelle ».
Nous parlerons donc d’écosystème lorsqu’il y a association d’un environnement physico-chimique dans lequel vivent les organismes (le biotope), et d’une communauté d’êtres vivants ( la biocénose) qui créer un réseau d’interaction entre leurs éléments constitutifs.
Le biome est un ensemble d’écosystèmes en équilibre, caractéristiques d’une aire biogéographique. Ils sont délimités par les grandes formations végétales et sont homogènes du point de vue climatique. Le nombre de biomes identifiés dépend de la résolution souhaitée, c’est-à-dire de la précision avec laquelle les biomes sont délimités, mais nous distinguons neuf principaux biomes continentaux dans le monde :
– glaces polaires et de hautes montagnes
– toundra (arctique et alpine)
– taïga (forêt de conifères)
– forêts décidues tempérées
– prairies tempérées (steppes)
– forêts méditerranéennes
– déserts
– forêts tropicales
– savanes
Inventaire des espèces
Actuellement, le nombre d’ espèces animales et végétales décrites est estimé à environ 1 700 000, mais il pourrait en exister 10 à 20 fois plus. Nul ne sait en réalité quel est le nombre d’espèces vivantes sur Terre : l’inventaire du vivant est loin d’être terminé d’autant plus que les champignons, les bactéries et les virus sont difficilement identifiables. Ainsi, dans le tableau II.7, nous verrons le nombre approximatif d’espèces connues par groupe taxinomique ainsi qu’un nombre estimé des espèces qui pourraient exister.
Comme nous pouvons l’observer, le niveau de connaissance est très différents selon les groupes taxinomiques.
Le groupe des animaux vertébrés est actuellement le mieux connu, à plus de 95 %, tandis que le monde des micro-organismes reste le moins connu alors que, pour certains scientifiques, leur biomasse serait plus importante que celle des espèces visibles. Rappelons qu’il ne faut surtout pas négliger ces organismes puisqu’ils sont à l’origine de la vie sur Terre et qu’ils jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement de la biosphère. De même pour le monde des parasites.
En ce qui concerne le milieu aquatique, seules 230 000 espèces ont été décrites soit 15 % de la biodiversité connue. C’est très peu pour une surface qui recouvre 70 % du globe.
Chaque année, 10 000 à 15 000 espèces nouvelles sont décrites en moyenne. Les sources sont essentiellement les régions tropicales, les récifs coralliens, les grands fonds marins, et plus globalement tous les milieux d’accès difficiles sous toutes les latitudes.
Pourquoi autant de biodiversité ?
Les êtres vivants ont des caractéristiques qui ont été fixées il y a plusieurs millions d’années. Certaines espèces se sont éteintes tandis que d’autres ont évolué et se sont diversifiées : la diversité biologique est en constante évolution. La question des causes et des conditions qui ont conduit à la diversité actuelle du monde vivant est une question ancienne des scientifiques, qui recherchent les mécanismes biologiques et moléculaires ainsi que les changements de l’environnement biophysique qui ont pu entraîner des phénomènes de diversification des espèces et des écosystèmes.
La variabilité naturelle source de diversité
La variabilité naturelle entre espèces ou individus est due à une accumulation de
mutations, à une sélection naturelle et à des phénomènes d’adaptations et d’évolutions.
La spéciation
La spéciation est la formation d’une nouvelle espèce par l’apparition d’une barrière irréversible d’isolement reproductif. Cette barrière peut être physique (par exemple la genèse d’un lac) ou morphologique (deux individus ne sont plus aptes à se reproduire). Elle résulte de l’anagenèse ou de la cladogenèse.
L’anagenèse est le remplacement d’une espèce par une autre, après accumulation de transformations génétiques adaptatives au cours du temps : il y a modification au cours du temps des représentants d’une même lignée évolutive. La cladogenèse consiste quant à elle en l’apparition de deux ou plusieurs espèces à partir d’une espèce préexistante dont des populations ont par exemple été isolées géographiquement, ensuite l’anagenèse se poursuit.
Les cladogenèses expliquent la diversification du vivant tandis que les anagenèses expliquent la continuité évolutive de la vie.
Les mécanismes de spéciation
Il existe trois mécanismes principaux de spéciation, qui agissent au niveau du patrimoine génétique des individus : les mutations, la sélection et la dérive génétique.
Les mutations sont des changements au niveau du génotype (informations génétiques) d’un individu qui modifient l’information génétique portée par les gènes. Ces mutations sont courantes : elles peuvent être exprimées ou non dans le phénotype (caractères observables d’un individu : morphologiques par exemple).
La sélection naturelle (ou exercée par l’homme de manière volontaire) avantage certains génotypes par rapport à d’autres ce qui peut avantager par exemple le succès reproductif d’un individu contrairement à un autre.
Enfin la dérive génétique fait référence aux fréquences de gènes et de génotypes qui varient de génération en génération. Cette dérive génétique produit au hasard une variation de fréquence des gènes dans les populations en l’absence de sélection naturelle.
Pour illustrer ces mécanismes, nous verrons l’exemple de la phalène du boulot (cf III-4).
La variabilité génétique et la sélection sont donc les moteurs de l’évolution et participent à l’adaptation des populations à leur environnement : les espèces les mieux adaptées survivent. Ce sont ces mécanismes qui sont à l’origine de l’apparition de certaines espèces mais ils sont aussi à l’origine de la disparition d’autres espèces.
Rôle du climat, de l’environnement, de l’Homme
Les paléoenvironnements expliquent la structure actuelle des peuplements des écosystèmes
La variabilité du climat explique en partie la répartition des espèces : les alternances de périodes de glaciation et de déglaciation ont beaucoup plus perturbé les zones froides et tempérées où elles ont entrainé la disparition d’espèces. En revanche, elles ont moins touché les régions tropicales dans lesquelles les espèces ont continué d’évoluer.
De plus, dans les régions tempérées et froides, les espèces doivent développer des adaptations au milieu pour faire face à des climats variables, contrairement aux organismes qui se trouvent dans des régions tropicales qui n’ont pas eu à développer d’adaptations, ce qui leur a « laissé du temps » pour se spécialiser et coloniser différents milieux.
Une autre hypothèse serait que les régions tropicales ont des ressources en énergie plus importantes et donc seraient plus productives.
Des modes de spéciation liés à l’environnement et l’habitat
Le premier modèle est celui de la spéciation allopatrique selon lequel des populations initialement interfécondes sont isolées géographiquement par des évènements tels que la séparation de continents, l’apparition de reliefs, l’isolement de bassins hydrographiques… Ces populations évoluent en espèces distinctes par mutation, sélection naturelle et dérive génétique. Au bout d’un laps de temps, elles ne peuvent plus se reproduire entre elles : elles ont donné naissance à de nouvelles espèces. L’écureuil-antilope du grand canyon en est un bon exemple. Le grand canyon qui s’est formé a isolé géographiquement une espèce d’écureuil qui a évolué en deux espèces distinctes : A. harrisiet A.leucurus.
Le second modèle, la spéciation parapatrique est proche du premier : les populations en divergence ne sont pas totalement isolées géographiquement mais ne possèdent qu’une étroite zone de contact. Les migrations entre ces populations sont donc limitées et les populations évoluent en espèces distinctes comme expliqué précédemment.
Le dernier modèle est celui de la spéciation sympatrique, sans isolement géographique, c’est-à-dire que des formes nouvelles sont capables de s’isoler sexuellement par mutation, sélection naturelle et dérive génétique, tout en partageant le même habitat.
Tout comme l’isolement géographique, l’hygrométrie, le pH et la température sont des facteurs qui peuvent influer sur l’évolution des espèces.
Le rôlede l’homme
L’Homme créer de nouvelles espèces en modifiant le génome d’autres espèces : ce sont des OGM (organismes génétiquement modifiés cf V-2) qui peuvent eux-mêmes avoir des conséquences sur l’environnement et la biodiversité. Par exemple, en Angleterre, en 2005, un colza transgénique, en principe stérile, a pu se reproduire avec une espèce proche : la moutarde, considérée comme une mauvaise herbe. Il en a résulté l’apparition d’une nouvelle espèce hybride, présentant les caractéristiques des deux parents : une résistance aux herbicides (venant du parent OGM) et une possibilité accrue de reproduction (venant de la mauvaise herbe). Une « super mauvaise herbe » a donc été créée en parallèle de l’OGM.
D’autre part, l’Homme agit sur l’environnement, consciemment (pollution, déboisement…) ou inconsciemment, et augmente les modes de spéciation qui sont liés à l’environnement. Il participe donc à l’apparition de nouvelles espèces qui doivent s’adapter aux nouvelles conditions du milieu (exemple de la phalène du boulot cf partie suivante) maiségalement à la disparition de nombreuses autres espèces.
L’exemple de la phalène du boulot
La phalène du boulot (Biston betularia ) est un exemple connu pour illustrer les mécanismes vus précédemment (la variabilité naturelle source de diversité et le rôle de l’Homme). Il existe deux phénotypes pour ce papillon. En Angleterre, jusqu’en 1848 tous les spécimens connus étaient de forme pâle. Aujourd’hui, en région industrialisée, la majorité des spécimens sont de forme mélanique.
Les industries polluantes ont entrainé le noircissement des troncs d’arbres : les formes pâles sont donc repérées plus facilement par les oiseaux lorsqu’elles sont posées sur les troncs noirs et donc consommées en plus grande quantité. Ainsi le phénotype « forme pâle » est plus éliminé que le phénotype « forme mélanique » : la participation des « formes pâles » à la reproduction diminue donc la fréquence de l’allèle pâle dans la population aussi. A l’inverse, la fréquence de l’allèle sombre augmente, ce qui a pour conséquence d’augmenter la proportion d’individus de phénotype « forme mélanique ».
Dans ces régions, la prédation des oiseaux a conduit à remplacer les formes claires par la forme mélanique en quelques années : c’est un mécanisme de sélection naturelle. Les photos de la figure III.4 illustrent les deux phénotypes et leur forme de camouflage.
La place des espèces dans le fonctionnement des écosystèmes
L’utilisation et la transformation des ressources, l’impact sur l’environnement et les interactions avec les autres espèces (cf IV-4) sont des actions sur lesquelles les espèces jouent un rôle plus ou moins important. Plusieurs d’entre elles sont considérées comme espèces clés, c’est-à-dire qu’elles seraient plus importantes que d’autres et même parfois indispensables : leur perte provoquerait des changements importants et nocifs au bon fonctionnement de l’écosystème auxquelles elles appartiennent. Nous pourrions comparer ces espèces à des légos formant la base d’une tour : celle-ci s’effondrerait ou menacerait de s’effondrer si on en retirait un.
Nous pouvons ainsi citer l’exemple très connu de l’abeille, qui en tant que pollinisatrice est responsable de la reproduction d’un grand nombre de plantes à fleurs. Sa disparition pourrait entraîner la disparition de plantes à fleurs pollinisées par cette seule espèce et donc de la plupart des fruits que nous consommons.
Maillon d’une chaîne alimentaire, organisme autotrophe, espèces mutualistes, décomposeurs … n’oublions pas que chaque espèce, à son niveau, joue un rôle important dans l’environnement et que la disparition d’une espèce n’est jamais anodine, toutes les espèces étant liées entre elles.
Les interactions au sein de la biocénose
Il peut exister plusieurs relation interspécifiques entre deux espèces :
– Le neutralisme (00) : deux espèces cohabitent ensemble sur un même territoire sans aucune interaction comme la musaraigne et le cerf.
– Le commensalisme (+0) : le commensal vit au détriment d’une autre espèce sans lui porter préjudice comme certains coléoptères avec des fourmis.
– L’amensalisme (0-) : l’amensal inhibe le développement d’une autre espèce. Nous pouvons prendre l’exemple d’un grand arbre qui empêche le développement d’un plus petit en le privant de le lumière.
– Le mutualisme (++) : le symbiote et l’hôte tirent tous les deux profit de cette relation obligatoire. Par exemple, les mycorhizes sont le résultat entre l’association des racines d’une plante et d’un champignon.
– La symbiose (++) : association intime et durable entre deux organisme appartenant à des espèces différentes. Un exemple peut être l’Homme et les bactéries de son intestin (Escherichia coli ).
– La prédation (+-) : le prédateur consomme en partie ou en totalité l’autre organisme.
Les lions comptent parmi les plus grands prédateurs terrestres.
– Le parasitisme (+-) : le parasite tire profit de l’hôte (logis, couvert, déplacement). Le ténia, couramment appelé vers solitaire est un parasite de l’intestin.
Le rôle de la diversité biologique dans le fonctionnement des écosystèmes
Les animaux participent au fonctionnement des écosystèmes et notamment de la flore en dispersant par exemple les graines dans leur bec, accrochées à leurs poils ou plumes, ou via leurs excréments… cela s’appelle la zoochorie. Elle est souvent involontaire : par exemple certains fruits possèdent des crochets et des aiguillons qui s’accrochent plus facilement aux animaux (épizoochorie). C’est le cas de la bardane. D’autres fruits comme la fraise, la cerise ou le gui, possèdent des graines recouvertes d’une enveloppe charnue mangée par les animaux (endozoochorie). Ces graines résistantes au système digestif sont transportées et disséminées plus loin. La zoochorie n’est pas la seule action observable et nous pouvons en citer quelques une parmi la multitude qui existe. Certaines espèces régulent la composition chimique de l’air ou de l’eau, assurent la régulation des populations (chaînes trophiques), participent au traitement des déchets (en incorporant certaines molécules toxiques, elles assurent un rôle de désintoxication), servent de lieu de vie à d’autres espèces…
Les usages de la biodiversité
La biodiversité représente beaucoup d’intérêts commerciaux et potentiellement une source de revenus pour ceux qui l’exploite. Elle est maintenant considérée comme une matière première et est utilisée dans de nombreux domaines.
La biodiversité comme ressource alimentaire
Toute notre alimentation est issue de la biodiversité : l’Homme a commencé par la chasse, la pêche et la cueillette dans les temps plus anciens et a ensuite domestiqué les plantes et les animaux. La majeure partie de son alimentation est issue d’élevages et d’exploitations.
Les échanges mondiaux ont été bénéfiques à la biodiversité : ils ont permis de diffuser un grand nombre d’espèces de par le monde et de donner naissance à de nombreuses races ou variétés adaptées à leur nouveau milieu de vie.
De plus, la microbiologie industrielle utilise les capacités enzymatiques et métaboliques de micro-organismes pour la fermentation de matières premières agricoles et la fabrication d’aliments : cette technique est utilisée pour le vin, la bière ou le fromage.
Les biotechnologies
Les biotechnologies sont des technologies exploitant des processus cellulaires ou moléculaires pour créer des produits et des services.
La transgénèse est une des techniques les plus connues : elle consiste à transférer une partie du patrimoine génétique d’un organisme à un organisme d’une espèce différente pour lui conférer des propriétés nouvelles. L’Homme peut en partie « contrôler » l’évolution en créant de nouveaux organismes génétiquement modifiés : les OGM. Ces OGM sont souvent utilisés dans de grandes exploitations agricoles et confèrent par exemple une plus grande résistance aux pesticides à la plante cultivée, une croissance plus rapide, une immunité contre certains parasites… Malgré le fait qu’ils soient de plus en plus répandus, ils sont vivement critiqués car ils ne peuvent pas être contrôlés. En effet, les insectes pollinisateurs ne reconnaissant pas les plantes OGM et peuvent venir les butiner pour féconder une plante non OGM, même si en principe, les plantes génétiquement modifiées sont sensées être stériles.
Les biotechnologies sont également présentées comme des sources majeures d’innovations dans d’autres secteurs : la lutte contre la pollution (phytoremédiation), la production d’énergie ou la fabrication de textile.
La biodiversité : source de médicaments
De nombreuses sources de médicaments sont issues des plantes, comme l’acide salicylique issue de l’écorce de bouleau, connu depuis plus de 4000 ans avant J-C et qui est maintenant utilisé sous forme d’aspirine. Actuellement près de 60 % de nos médicaments sont issus directement ou indirectement des plantes, et ce chiffre peut varier selon les traditions de certains pays. Certains de nos antibiotiques, comme la pénicilline, issue du champignon Penicillium et connue depuis 1940 – 1960, ou encore la cyclosporine qui a révolutionné la médecine notamment contre le rejet de greffe.
Les produits de l’extractivisme
De nombreuses gommes et résines sont extraites de végétaux comme le latex sécrété naturellement par l’hévéa, qui peut être transformé en caoutchouc. L’industrie du textile et de la corderie exploite des matières premières issues de végétaux ou d’animaux par exemple le coton, le chanvre, le lin, la laine … Le bois, quant à lui, est exploité dans de nombreux domaines : la construction, le chauffage, la fabrication de meubles …
Les animaux et plantes d’ornement
Les amateurs d’aquariophilie connaissent la biodiversité pour la multitude de poissons différents qu’elle présente. L’axolotl (Ambystoma mexican ) est un poisson de plus en plus connu et populaire sous ses formes dépigmentées.
La biodiversité est-elle en danger ?
L’Homme de par sa présence et ses activités a un impact à court, moyen, et long terme sur son environnement. Dans cette partie, nous verrons comment.
La pression démographique
La croissance de la population mondiale entraîne la nécessité de conquérir de nouveaux espaces, une augmentation de la demande en ressources naturelles et le développement d’activités (industrielles, agricoles, commerciales). L’Homme agit avec ampleur sur les milieux naturels et la diversité du monde vivant : des milieux naturels disparaissent et par conséquent les espèces qui y vivaient.
De plus, le tourisme peut être très mauvais pour les écosystèmes quand il n’est pas géré : pollution, dégradation de la faune et de la flore, de leurs habitats etc.
L’utilisation des ressources naturelles
L’agriculture et l’aquaculture sont à l’origine des plus grands bouleversements de la biodiversité : au niveau mondial, 10 à 15 % des terres sont utilisées pour l’agriculture. Parallèlement à la création de nouvelles espèces par l’homme par le biais de la mondialisation (cf paragraphe V-1), de nombreuses espèces sont également en danger : seules certaines variétés sélectionnées sont exploitées dans l’agriculture de masse en raison de leur rendement et de leur culture facile, laissant de côté d’autres variétés qui disparaissent.
De plus, nous pouvons observer depuis quelques années des transformations des paysages faites par l’Homme dues à une demande croissante en eau, bois, nourriture, fibre, énergie : déforestation, suppression des haies, utilisation de traitements chimiques pour l’agriculture etc. Ces actions entrainent une altération, une destruction voir une disparition des milieux naturels et donc des espèces qui y vivaient. Les marées vertes sont un exemple connu.
Elles sont le résultat de plusieurs activités de l’Homme :
– L’agriculture rejette beaucoup de nitrate, consommé par les algues vertes.
– Les animaux des élevages intensifs (notamment les porcs) rejettent des excréments riches en azote qui se transforme ensuite en nitrate et qui accélère la croissance des algues vertes.
– La surpêche créer un certain déséquilibre au sein des milieux marins : certaines espèces herbivores pêchées se nourrissent des algues et donc en limitent leur prolifération. La diminution de leur nombre entraîne une augmentation de la population d’algues.
– Le réchauffement climatique entraîne le réchauffement des eaux et donc la prolifération des algues vertes.
C’est donc l’Homme qui façonne les paysages que nous voyons de par ses activités. De plus, toutes ces activités entraînent une pollution de l’air et de l’eau qui est également à l’origine de la disparition d’espèces.
La surexploitation, la chasse intensive et le commerce de produits rares menacent certaines espèces et peuvent aller jusqu’à leur disparition
La chasse intensive et le braconnage ont entrainé la disparition ou quasi-disparition d’espèces : l’auroch et le bison en Europe, le dodo (ou dronte) de l’île Maurice, le grand pingouin de l’Arctique, le pigeon migrateur américain ou encore le requin pour ses ailerons ne sont que quelques exemples, illustrés par ces photos, et nous pourrions en citer bien d’autres.
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Table des matières
Introduction
A – Le concept de biodiversité
I – Qu’est ce que la biodiversité ?
II – Classification
III – Pourquoi autant de biodiversité ?
IV – Le fonctionnement des systèmes écologiques
V – Les usages de la biodiversité
VI – La biodiversité est-elle en danger ?
VII – La conservation de la biodiversité
Conclusion
B – Enseigner la biodiversité en cycle 3
I – Les instructions officielles et l’enseignement de la biodiversité
II – L’intérêt supposé d’une classe de découvertes pour enseigner la biodiversité
III- Mise en place d’une séance d’enseignement, autour de la biodiversité, au sein de deux classes
Conclusion générale
Bibliographie
Table des matières
Table des annexes
Annexes
