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v INDICATEURS DE LA QUALITÉ DE L’EAU ET DU STRESS DANS LES ÉCOSYSTÈMES MARINS E

v INDICATEURS DE LA QUALITÉ DE L’EAU ET DU STRESS DANS LES ÉCOSYSTÈMES MARINS ET D’EAU DOUCE : MISE EN RELATION DES NIVEAUX D’ORGANISATION (INDIVIDUS, POPULATIONS, COMMUNAUTÉS) Édité par DAVID W. SUTCLIFFE Publié par la Freshwater Biological Association Communications invitées lors d’une conférence conjointe des associations spécialisées tenue à Université Napier d’Edimbourg, les 6 et 7 septembre 1993 par L’Association biologique des eaux douces, The Ferry House, Far Sawrey, Ambleside, Cumbria LA22 OLP, Angleterre et The Marine Biological Association of the United Kingdom, The Laboratory, Citadel Hill, Plymouth PL1 2PB, Angleterre et The Scottish Association for Marine Science, PO Box 3, Oban, Argyll PA34 4AD, Ecosse Freshwater Biological Association 1994 ISBN 0-900386-54-1 Le lien entre les espèces et les écosystèmes LAWRENCE B. SLOBODKIN Département de biologie, Université d’État de New York à Stony Brook, New York 11794, États-Unis Les modèles au niveau des écosystèmes sont motivés par une combinaison de préoccupations scientifiques et pratiques. Ces modèles motivés par des préoccupations pratiques sont susceptibles d’avoir peu de rapport historique avec les modèles précédents. Les mécanismes d’interaction entre des espèces particulières et leurs écosystèmes varient énormément. Certaines espèces construisent littéralement leurs propres écosystèmes. D’autres ont des interactions plus ou moins complexes et importantes avec d’autres espèces, de sorte que leur présence ou leur absence peut altérer l’écosystème. Des informations préalables sur l’histoire naturelle de certaines espèces peuvent rendre les recherches sur les écosystèmes plus rapides, moins coûteuses et plus efficaces. La ressource optimale pour se préparer à faire face à la diversité illimitée des questions posées aux écologistes serait une grande banque de données informatisée d’observations d’histoire naturelle pour autant d’espèces que possible. Introduction "Que peut-on apprendre sur les écosystèmes à partir d’une seule espèce?" a été l’objet de plusieurs symposiums et congrès récents. La question semble superficiellement similaire à la question : que peut-on apprendre sur les organismes en étudiant des cellules individuelles ou sur une population à partir d’organismes individuels ? Il existe évidemment des liens mécanistes entre les cellules et les organismes, ainsi qu’entre les individus et les populations. N’y a-t-il pas des liens mécanistes entre les écosystèmes et leurs espèces composantes? Les écosystèmes ne sont ni aussi étroitement intégrés que les organismes ni aussi simplement définis que les populations. Les liens entre les espèces et les écosystèmes sont souvent faibles, inconnus ou obscurcis par des idées fausses théoriques. Le nombre d’espèces dans un écosystème est de l’ordre de 103, un nombre important mais non impossible. Cependant, le nombre d’interactions inter-spécifiques locales possibles dans une communauté est de l’ordre de 106. Le nombre d’espèces sur terre est de l’ordre de 107. Le nombre de cellules chez un mammifère est de l’ordre de 109 (Bonner 1988). Le nombre d’interactions possibles entre les espèces est astronomique. Si la science des écosystèmes est strictement une étude des interactions des espèces, elle est désespérément complexe. Mais tout comme nous n’avons pas besoin de tenir compte de toutes les interactions cellule à cellule chaque fois que nous discutons d’un seul organisme, nous n’avons pas besoin de tenir compte de toutes les interactions possibles espèce à espèce chaque fois que nous discutons des écosystèmes. En fait, de nombreuses questions ignorent les différences entre les espèces. De plus, les données sur la plupart des espèces sont inexistantes ou douteuses. Les théories récentes sur le niveau des écosystèmes ont porté sur les modèles du réseau trophique, les flux de nutriments, la productivité, la stabilité et la complexité, chacune d’entre elles étant fascinante sur le plan intellectuel. Mais les écologistes affirment également qu’ils peuvent aider à résoudre des problèmes environnementaux pratiques. L’étude des écosystèmes est considérée comme importante pour traiter la pollution de l’air et de l’eau, la gestion des pêches, l’extinction des espèces et plus encore. À mesure que les programmes de recherche deviennent plus vastes et plus coûteux, des objectifs de travail spécifiques sont dictés par les organismes de financement qui se comportent comme des employeurs. Les écologistes ne sont pas totalement libres de choisir leurs propres questions. Les questions pratiques peuvent porter, entre autres, sur les intérêts commerciaux, la conservation des espèces, le tourisme, la potabilité de l’eau ou la santé publique. Les domaines d’intérêt peuvent changer au cours d’une enquête à mesure que les besoins sociaux changent, que de nouveaux administrateurs sont embauchés ou élus ou que des catastrophes dignes d’intérêt se produisent. Le choix des objectifs et l’affectation des ressources sont souvent rendus encore plus complexes lorsque les organismes ayant des programmes différents gèrent différentes parties des processus décisionnels. Questions peuvent 76 L. B. Slobodki comportent des échelles de mètres, de kilomètres ou le globe - une flaque d’eau, un étang, un bassin versant (bassin versant) ou un océan. Il ne doit pas y avoir de coïncidence entre ce que les écologistes peuvent considérer comme scientifiquement intéressant et ce que la société leur demande d’étudier. Exemples : biologiques et théoriques On suppose souvent que les modèles sont nécessaires parce que la complexité de l’information sur les écosystèmes est excessive (Allen et Starr, 1982; O’Neill et al. 1986; Allen et Hoekstra, 1992). Toute simplification limite notre capacité à tirer des conclusions, mais cela n’est pas unique à l’écologie. Essentiellement, toute la science est l’étude de très petits morceaux de réalité ou de substituts simplifiés pour des systèmes entiers complexes. Comment nous simplifions peut être critique. Une simplification imprudente mène à des conclusions simplistes trompeuses (Slobodkin, 1992). Compte tenu du nombre énorme d’espèces, une méthode de simplification consiste à désigner des espèces particulières comme "exemplaires". Ils sont choisis pour leur facilité d’élevage et sont utilisés comme substituts d’espèces moins commodes (Slooff, 1983; Niederlehner et al. 1986; Spehar & Fiandt 1986). Par exemple, Scenedesmus, Daphnia et Pimephales promelas sont parfois désignés respectivement comme des exemples d’algues, d’invertébrés et de vertébrés aux fins des essais de toxicité. Le défaut d’endommager ces organismes est considéré comme une preuve légale de l’absence d’effets toxiques. Encore plus curieux que l’utilisation d’exemplaires biologiques est de simplifier par l’utilisation d’exemplaires théoriques qui ne correspondent à aucun organisme et sont néanmoins pris pour représenter tous les organismes. Les exemples théoriques se produisent lorsque les chercheurs construisent des modèles qui n’imitent pas du tout la nature, mais qui sont traités comme des objets de préoccupation théorique et même comme des bases pour la gestion de l’environnement. Une courte digression explicative et historique semble appropriée ici. L’étude d’organismes isolés dans des conditions environnementales spécifiques peut produire des taux de natalité et de mortalité spécifiques à l’âge. Ceux-ci peuvent à leur tour être utilisés pour calculer les taux d’augmentation ou de diminution, la valeur de reproduction, etc. Il est également possible, en utilisant des organismes de courte durée et de petite taille, de faire croître les populations en laboratoire. Le résultat de ce type de recherche peut être une équation mathématiquement difficile et très spécifique qui modélise des changements de types particuliers dans une population très spécifique (p. ex., Gatto et al., 1989). Ce type de modèle peut être gênant pour entrer dans un modèle d’écosystème. Pour des raisons mathématiques, des équations plus simples sont utilisées dans les modèles écosystémiques. Plutôt que de traiter la gamme complète des informations disponibles sur un type particulier d’organisme, ces équations exemplaires utilisent des vérités biologiques générales abstraites. Par exemple, puisque tous les organismes meurent, nous pouvons supposer un taux de mortalité qui peut être soit constant, soit aléatoire, soit fonction de la taille de la population ou de la valeur de certaines propriétés environnementales présumées. De même, puisque tous les organismes naissent, nous pouvons supposer un taux de natalité. Ces taux peuvent être considérés comme indépendants de l’âge ou dépendants de l’âge comme une question de commodité. Comme les populations ne deviennent pas infiniment grandes et que les populations sans organismes ne sont pas particulièrement intéressantes, les relations fonctionnelles sont généralement choisies de manière à ce que la taille des populations soit plus ou moins limitée. Nous pouvons ainsi rejeter la plupart des informations détaillées sur des populations particulières d’espèces particulières et inclure tous les détails qui semblent exploitables. Les équations dans les modèles prédateur-proie, par exemple, excluent généralement les différences génotypiques, mais permettent de modifier la taille des populations. Inversement, les modèles génétiques de population maintiennent généralement la taille de la population constante, mais permettent aux fréquences des gènes de changer. Il existe de nombreuses équations simples de croissance de la population parmi lesquelles choisir et aucune limite réelle sur combien d’autres peuvent être construits. L’équation la plus connue est peut-être l’équation logistique - écrite comme une certaine modification de dN/dt = aN - bN2. N représente une certaine mesure de la population Espèces et écosystèmes uniques 77 taille, a est le taux de croissance dans des conditions de très faible N, et b traduit la présence d’un organisme en un effet inhibiteur sur le reste. Quiconque a suivi un cours élémentaire en écologie se souviendra de cette équation et de la façon dont elle a été et est encore utilisée. En raison de la nature simpliste de leurs hypothèses implicites, ces systèmes d’équation, quelles que soient les uploads/Geographie/ le-lien-entre-les-especes-et-les-ecosystemes.pdf