Dynamique des populations

Définition de la dynamique des populations

De quoi parle-t-on exactement lorsqu'on utilise le terme de dynamique des populations en biologie ? Une population est une convergence d'individus de la même espèce qui vivent, interagissent et se reproduisent dans la même région géographique. Le mot dynamique signifie les forces qui produisent le changement. Combine les deux et nous obtenons la dynamique des populations !

La définition de la dynamique des populations est la suivante .

Avant d'entamer notre discussion sur la dynamique des populations, nous devons revoir certains termes afin de mieux visualiser les interactions d'une population avec son environnement (Fig. 1).

Caractéristiques de la population

La dynamique des populations observe les changements dans les propriétés physiques statiques des populations. Voici les principales caractéristiques observables des populations :

• Taille

• la densité

• Dispersion

• Répartition par sexe

• Répartition par âge

Taille

Lataille est le nombre d'individus au sein d'une population. Ce décompte représente un point spécifique et unique dans le temps. Lorsqu'on observe la dynamique d'une population, on a donc besoin d'au moins deux points de données à un moment A et à un moment B. En écologie des populations, le symbole courant de la taille de la population est la lettre majuscule"N".

La densité

Ladensité est le nombre d'individus d'une population par région.

Par exemple, une population très dense d'écureuils peut compter un individu par mètre carré, alors qu'une population plus dispersée peut compter un individu par kilomètre carré.

Plus la population est dense, plus le niveau de compétition est élevé. Les multiples écureuils du mètre carré peuvent tous devoir se disputer le même gland. La densité est fortement corrélée aux facteurs biotiques qui affectent la croissance de la population.

Dispersion

Ladispersion décrit la distribution géographique, ou regroupement, des individus d'une population (Fig. 2).

Cette propriété est semblable à la densité, mais subtilement distincte. Par exemple, un pic vivant dans une forêt de hêtres et d'érables vit dans l'ensemble de la forêt, mais peut se regrouper autour de l'emplacement des érables en raison de leur écorce tendre.

Répartition des sexes

Larépartition par sexe est utilisée pour décrire la quantité d'individus d'une population qui sont des hommes et des femmes.

Dans la dynamique des populations, le fait de compter les individus de chaque sexe dans une population peut aider à déterminer le taux de natalité potentiel maximum. En extrapolant le nombre de femelles reproductrices, on peut prédire la croissance de la population.

La répartition des sexes est décrite succinctement à l'aide d'un rapport de masculinité, qui est une fraction représentant le nombre d'individus d'un sexe (par exemple, les femelles) par rapport aux individus de l'autre sexe (par exemple, les mâles).

Répartition par âge

Larépartition par âge est utilisée pour décrire la quantité d'individus d'une population au sein d'un groupe d'âge spécifique, tel qu'il est trié en classes, ou cohortes. Une cohorte est un groupe d'individus d'une population nés au cours de la même période. La dynamique des populations utilise les cohortes pour observer si une population est jeune ou vieille, en plein essor ou en pleine expansion.

Modèles de dynamique des populations

Diagrammes de structure par âge

Au cours des études sur la croissance de la population, tu peux voir des diagrammes de structure par âge. Les diagrammes de structure par âge (Fig. 3) sont des histogrammes verticaux représentant les cohortes d'une population, séparées par groupe d'âge et par sexe.

Souvent, la forme de ce modèle indique une tendance à la croissance de la population. Par exemple, un diagramme de structure d'âge en forme de pyramide montre un boom de jeunes individus, tandis qu'un autre modèle qui est le plus étroit à la base est révélateur d'une population vieillissante avec une faible croissance démographique.

Courbe de survie

Les courbes de survie sont un autre modèle qui affiche efficacement la dynamique des populations. Les courbes de survie représentent le nombre d'individus (survivants) d'une population sur l'axe des y et l'âge des individus sur l'axe des x (Fig. 4).

La croissance de la population dans les courbes de survie tend à suivre l'une des trois tendances suivantes :

• Type I: Une population avec un taux de mortalité élevé dans la vieillesse. Les espèces de type I sont généralement associées à une forte parentalité.

• Type II: une population dont la mortalité est similaire tout au long de sa vie.

• Type III: une population avec un taux de mortalité élevé chez les jeunes. Les espèces de type III n'exercent généralement que peu ou pas de responsabilités parentales, préférant la quantité à la qualité. Les espèces qui pondent plusieurs œufs, comme les populations de grenouilles, sont un exemple d'espèce de type III.

Courbes de taux de croissance

La taille de la population peut soit augmenter, par la naissance ou l'immigration, soit diminuer, par la mort ou l'émigration.

Lorsque l'on parle de dynamique des populations, les observations sont faites avec le sens du temps comme échelle. Ces quatre facteurs sont connus sous le nom de taux vitaux de la dynamique des populations. Par conséquent, nous pouvons calculer la croissance de la population à l'aide de ces taux vitaux :

• Letaux de natalité est le nombre d'individus entrant dans une population par la naissance, par unité de temps.

• Le taux demortalité est le nombre d'individus qui quittent une population par décès, par unité de temps.

• Le taux d'immigration est le nombre d'individus qui entrent dans une population géographiquement, par unité de temps.

• Le taux d'émigration est le nombre d'individus qui quittent une population géographiquement, par unité de temps.

L'équation générale permettant de trouver le taux de croissance de la population, symbolisé par un r minuscule, est :

$growthrate=(birthrate+immigrationrate)\hspace{0.17em}-(deathrate+emigrationrate)$

ou

$r=(B+\hspace{0.17em}I)-(D+E)$

En dynamique des populations, la représentation graphique de la taille d'une population au fil du temps est un modèle efficace pour afficher le potentiel biotique d'une population. Le potentiel biotique est le taux de croissance maximal idéalisé de la population, avec peu ou pas de décès ou d'émigration. Le modèle de dynamique des populations qui en résulte est un graphique en forme de "J" représentant la courbe de croissance exponentielle (Fig. 5). Sous forme d'équation, la courbe de croissance exponentielle s'exprime ainsi :

$\frac{dN}{dt}=rN$

où N = taille, t = temps et r = taux de croissance.

De façon réaliste, une population atteindra une taille si importante que son écosystème ne pourra plus la supporter. La taille maximale de la population est limitée par les facteurs abiotiques et biotiques d'un écosystème, appelés capacité de charge (K ).

Dans la dynamique des populations, il existe un modèle de taux de croissance de la population qui prend en compte la capacité de charge. La courbe de croissance logistique (Fig. 6) est un modèle de dynamique des populations avec une courbe en forme de "S", où la capacité de charge (K) est représentée comme le plafond de la population, ou le taux de croissance maximum de la population.

Sous forme d'équation, la courbe de croissance exponentielle s'exprime ainsi :

$\frac{dN}{dt}=rN\left[\frac{\left(K-N\right)}{K}\right]$

où N = taille, t = temps et r = taux de croissance, et K = capacité de charge.

La dynamique des populations en écologie

La dynamique des populations a de nombreuses applications pratiques en écologie. Les services de la pêche et de la chasse surveillent les populations pour garantir une pêche et une chasse saines. Les organisations agricoles surveillent les populations de parasites pour protéger leurs cultures. Les groupes de protection de l'environnement assurent la survie des espèces en voie de disparition, menacées ou vulnérables en observant les changements dans la taille des populations.

Pour que les populations puissent survivre dans leurs écosystèmes, elles doivent s'adapter aux facteurs biotiques et abiotiques de leur environnement. Lorsque la densité de la population et de la communauté est élevée, il y a beaucoup de concurrence et les ressources sont rares. Certaines espèces excellent à gagner lorsqu'elles sont en compétition pour les ressources. Elles dépensent beaucoup d'énergie pour cela et en dépensent moins pour se reproduire. Ainsi, elles connaissent une croissance démographique lente et dépassent rarement la capacité de charge. Une espèce sélectionnée par K a moins de descendants et connaît une croissance démographique lente qui suit la courbe de croissance logistique. Les éléphants, les tortues et les ours sont des exemples d'espèces à sélection K.

D'autre part, certaines espèces ne sont pas de bons compétiteurs. Pour compenser, ces espèces ont développé une croissance démographique rapide pendant les périodes d'abondance des ressources, lorsque la compétition est moins nécessaire. Ces espèces r-sélectionnées portent un grand nombre de descendants et connaissent une croissance démographique rapide sous la forme d'une courbe de croissance exponentielle, dépassant temporairement la capacité de charge de l'écosystème. Les espèces r-sélectionnées connaissent généralement des épisodes de croissance de la population connus sous le nom de booms, puis des crashs. Les essaims de souris pendant les périodes de croissance abondante ou le frai des saumons pendant la saison de reproduction sont des exemples d'espèces r-sélectionnées.

Dynamique des populations humaines

Les concepts de dynamique des populations s'étendent à toutes les espèces, même aux populations humaines ! La démographie est l'application de la dynamique des populations à l'espèce humaine. En fait, la démographie est largement utilisée dans de nombreuses autres sciences, telles que la sociologie, les sciences politiques, l'anthropologie ou la géographie. La démographie utilise une terminologie qui lui est propre pour décrire la dynamique des populations.

La démographie utilise un modèle de transition démographique (Fig. 7) pour observer l'évolution de la croissance de la population humaine sur de longues périodes. Le plus souvent, ces graphiques sont utilisés pour comparer les populations humaines de deux ou plusieurs pays.

Fiche de travail sur la dynamique des populations

Rappelle les équations suivantes pour les courbes de taux de croissance de la population.

Les deux modèles de dynamique des populations représentés par ces équations sont respectivement la courbe de croissance exponentielle et la courbe de croissance logistique. Dans cette feuille de travail, nous allons étudier comment un modèle de dynamique des populations peut être extrait des données sur la taille des populations. Pendant 12 semaines, un scientifique spécialiste de la dynamique des populations a compté la population de deux espèces d'insectes, les punaises d'étude et les punaises plus intelligentes. Les données sont compilées dans le tableau ci-dessous. À partir de ces données, tu déduiras un taux de croissance de la population (r).

1) Calcule la variation de la population (N) sur la variation du temps (t), ou dN/dt. Remplis la colonne correspondante. Peux-tu déterminer quelle est la population dont le taux de croissance est affecté par la capacité de charge (K) ? Pourquoi ?

2) Pour les espèces de la question 1, peux-tu déterminer ce que semble être la capacité de charge (K) ?

3) Les Study bugs semblent-ils suivre un modèle de dynamique de population sous la forme d'une courbe de croissance exponentielle ou d'une courbe de croissance logistique ?

4) Les insectes plus intelligents semblent-ils suivre un modèle de dynamique de population sous la forme d'une courbe de croissance exponentielle ou d'une courbe de croissance logistique ?

5) En utilisant l'équation de ta réponse à la question 4, détermine le taux de croissance de la population (r) et remplis la colonne correspondante. (Remarque : la réponse pour "r" ne sera pas exactement égale dans chaque ligne, mais tous les calculs résultants devraient être proches d'une valeur unique).

6) Une expérience distincte sur la dynamique des populations a permis de déterminer la véritable valeur de K à 10 000 individus. En utilisant l'équation de ta réponse à la question 3, détermine le taux de croissance de la population (r) et remplis la colonne correspondante. (Remarque : une fois encore, les valeurs de "r" divergeront légèrement).

Réponses de la feuille de travail :

1) Bug de l'étude. La croissance de la population dN/dtdiminue et se rapproche de zéro lorsque le temps augmente.

2) La population maximale semble ralentir à environ 70000 individus.

3) Courbe de croissance logistique

4) Courbe de croissance exponentielle

5) r = 4

6) r = 3