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I – Des molécules du vivant à la cellule : organisation fonctionnelle |
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II – L'organisme : un système en interaction avec son environnement |
III – Populations, écosystèmes, biosphère  IntroIII – Populations, écosystèmes, biosphère
La dynamique des populations repose tout d'abord sur la capacité des êtres vivants à se reproduire mais aussi à se développer (§ II-D). En abordant progressivement les échelles supérieures à celle de l'organisme (population, communauté, écosystème, biosphère), cette partie amène à construire des représentations dynamiques des systèmes vivants. Les modèles construits reposent sur des approches à la fois qualitatives et quantitatives, en lien étroit avec les autres parties du programme. Elles visent à rendre compte du fonctionnement de ces systèmes, de leur évolution, de mieux comprendre les conséquences des activités humaines pour servir de support à des projections destinées entre autres à éclairer les décisions visant une gestion systémique et intégrée du vivant.
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III-A Les populations et leur dynamique (2e année) |
III-B Les écosystèmes, leur structure et leur fonctionnement (2e année) IntroIII – Populations, écosystèmes, biosphère
III-B Les écosystèmes, leur structure et leur fonctionnement (2e année)
Dans toute cette partie, le concept d'écosystème est abordé, sauf mention contraire, à partir de l'exemple de la pâture de bovins en zone tempérée. Cet exemple permet de définir l'organisation d'un écosystème et de montrer son fonctionnement, tout en prenant en compte l'importance particulièrement forte des interventions humaines (« agrosystème »).
Loin de constituer une monographie, il met en place un canevas général d'analyse du fonctionnement des écosystèmes. Cette partie s'appuie fortement sur des exemples d'organismes vus ailleurs dans le programme.
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L'écosystème est un ensemble circonscrit par un observateur/expérimentateur, définissant ainsi un objet d'étude. La biocénose, ensemble des populations des différentes espèces, y compris microbiennes, forme avec le biotope les éléments de l'écosystème. La distribution spatiale de ces éléments détermine en partie la structure de l'écosystème.
Au sein de l'écosystème, les espèces entretiennent entre elles des relations variées qui affectent notamment le fonctionnement des organismes et la structure de leurs populations. Ces relations restreignent la niche écologique potentielle en une niche écologique réalisée.
Les interactions trophiques peuvent être représentées sous forme de chaînes trophiques et de pyramides trophiques.
Les chaînes trophiques sont interconnectées en un réseau trophique.
Le fonctionnement de ces réseaux contribue au recyclage de la biomasse au sein de l'écosystème (cycle de la matière).
L'écosystème est un système ouvert. Le fonctionnement de l'écosystème repose sur un flux d'énergie et des transferts de matière en partie cycliques.
Les écosystèmes sont des systèmes dynamiques. Des modifications naturelles ou d'origine anthropique peuvent faire évoluer leur état, d'une façon plus ou moins réversible selon la résilience du système.
Les estimations quantitatives associées aux caractéristiques d'un écosystème (production, productivité, biomasse, flux énergétique…), l'évaluation de l'influence de différents paramètres, constituent des guides dans la gestion des écosystèmes.
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- définir biotope (= milieu), biocénose (= communautés), écosystème ;
- organiser la description de la structuration spatiale de l'écosystème (strates, sol, fraction microbienne, distribution des espèces, notion d'espèce « architecte » ou espèce « ingénieur ») ;
- définir l'agrosystème comme un exemple particulier d'écosystème anthropisé ;
- illustrer la diversité des relations trophiques interspécifiques (mutualisme, parasitisme et prédation / phytophagie) et montrer qu'il existe des formes intermédiaires ;
- discuter de l'appartenance d'une relation à l'une ou l'autre de ces catégories à partir d'éléments fournis ;
- prendre en compte l'effet sur la valeur sélective (« fitness ») dans la définition d'une relation interspécifique ;
On se limite à des exemples vus en cours ou en travaux pratiques (mycorhizes, mildiou, Plasmodium, vache…).
- définir et exposer un exemple de compétition interspécifique pour les ressources ;
On se limite à un exemple de lutte pour la lumière chez les végétaux (en s'appuyant sur un écosystème forestier) et d'antibiose chez les micro-organismes.
- définir la notion de niche écologique potentielle ;
- relier les interactions interspécifiques à la dynamique d'une population et à la délimitation de la niche écologique réalisée ;
On se limite à un exemple de rétroaction positive ou négative (cas de l'effet Janzen-Connell).
- relier l'effet de ces interactions à la structure des biocénoses ;
- définir en particulier une espèce « clef de voûte » ;
On se limite à l'exemple des bovins, clef de voûte de l'entretien d'un stade intermédiaire dans des successions végétales, la connaissance des successions elles-mêmes n'étant pas exigible.
Liens :
Travaux Pratiques, § II-F, § III-A pour la dynamique des populations ; la compétition pour les ressources est un moteur de la sélection naturelle (§ IV-D)
- définir une chaine trophique et un niveau trophique ;
- relier, pour chaque niveau trophique, prélèvement, rejet de matière et production de biomasse ;
- définir production, productivité, temps de séjour, rendement ;
- construire et analyser un bilan quantitatif de ces transferts entre niveaux trophiques ;
- discuter la place de la vache (un ruminant) dans les pyramides de production (en biomasse et énergie) correspondant au système herbe-vache-homme en considérant la vache comme une symbiose entre microbes (consommateurs 1 ou 2) et animal-hôte (consommateur d'ordre supérieur ou égal à 2) ;
- discuter le rôle de la symbiose dans le couplage entre niveaux trophiques et le rendement du transfert ;
- montrer l'influence de paramètres abiotiques sur la production primaire ;
Liens :
§ I-C, § II-E
Aucune valeur numérique n'est à mémoriser.
- définir la notion de réseau trophique ;
- relier la complexité des réseaux trophiques à l'existence de polyphages, dont en particulier des consommateurs microbiens ;
- montrer que le catabolisme de tous les consommateurs (y compris microbiens) aboutit à une minéralisation ;
- définir la notion de décomposition et la relier à l'existence de consommateurs microbiens, capables d'utiliser les matériaux complexes (lignine, cellulose) ;
Liens :
§ II-E-2, § I-C, § III-C
- analyser le flux d'énergie, de son entrée dans l'écosystème et la biomasse à sa restitution sous forme de chaleur ; établir le lien entre la production primaire et l'utilisation de l'énergie du Soleil (phototrophie), voire de réactions chimiques (chimiolithotrophie - cas de la nitrification) ;
- établir un bilan quantitatif des exportations / importations d'une pâture, les informations étant fournies ;
Aucune donnée numérique n'est à mémoriser.
- identifier des facteurs agissant sur la biodiversité au sein d'un écosystème ;
- à partir de bilans qualitatifs et quantitatifs fournis, montrer que des modifications d'origine biotique (exemple du surpâturage et ou d'une espèce envahissante) ou abiotique (exemple de l'eutrophisation) peuvent modifier la structure et le fonctionnement de l'écosystème ;
- expliquer sur un exemple les effets d'une variation de la biodiversité sur le fonctionnement d'une pâture et en particulier sur les services écosystémiques ;
- définir la notion de résilience. Aucun exemple n'est à mémoriser ;
Liens :
§ I-C, § II-E |
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III-C Flux et cycles biogéochimiques : l'exemple du carbone (2e année) |
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Travaux pratiques (2e année) |
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IV – La biodiversité et sa dynamique |
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