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Écologie 4. Structure de la biosphère
Enseignant : David Claessen Centre de forma4on s sur l'environnement et la société (CERES)
et Ins4tut de Biologie de l’ENS (IBENS) École normale supérieure, 24 rue Lhomond, 75005 Paris
25 janvier 2016
Cycle pluridisciplinaire d’études supérieures, L2
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La biosphère • A cause de
– Mouvement du globe – Diversité des climats – Histoire géologique – Hétérogénéité de la Terre – Ac4on humaine…
• … La biosphère est une structure hétérogène • Vastes ensembles, « uniforme », large échelle : biomes • Biosphère
– Structure spa4ale (distribu4on des biomes) – Organisa4on fonc4onnelle
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Biomes • Grandes types de forma4ons végétales • Associés au grandes zones clima4ques • Phytocénoces, avec faune associé = biomes • Dis4ngué selon formes végétales dominantes
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Les biomes
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Les biomes terrestres
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À une echèlle plus réduite apparaissent d’autres structures.
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-‐ Diatoms -‐ Other large phytoplankton -‐ Prochlorococcus -‐ Other small phytoplankton
Marine « biomes »
Follows, M.J., S. Dutkiewicz, S. Grant and S.W. Chisholm, 2007: Emergent biogeography of microbial communi4es in a model ocean. Science, 315, 1843-‐1846
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Structure fonc4onnelle (1)
• Organisa4on trophique – Producteurs primaires – Consommateurs primaires – Consommateurs secondaires et + – Décomposeurs
• Compar4ments schéma4sés, • Rassemblent des éléments
(types d’organismes, especes, individus) differents et dispersés, mais homologues, fonc4onnel
• Un organisme peut appartenir à plusieurs compar4ments. Ex: renard, insectes…
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Producteurs primaires
• Vegetaux autotrophes, plantes vertes, phytoplankton, qui u4lisent l’énergie solaire pour photosynthèse de substances organiques complexes à par4r de substances inorganiques simples
• Photosynthèse : produc4on de molécules de glucose de d’oxygène à par4r de gaz carbonique de d’eau:
• Energie nécessaire: photons solaires
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The light reacAons convert the energy in sunlight to chemical energy.
The Calvin cycle makes sugar from the atoms in carbon dioxide plus the hydrogen ions and the high-‐energy electrons carried by NADPH
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Consommateurs primaires • Animaux qui mangent les producteurs
primaires • Herbivores • Produc4on: croissance, reproduc4on
– Depend de la ma4ère organique synthé4sée par les plantes ou phytoplankton
– Producteurs secondaires
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Consommateurs secondaires • Carnivores sensu lato • Organismes qui se nourrissent aux dépense
d’autres animaux vivants – Mangeurs d’herbivores – Mangeurs de mangeurs d’herbivores
• Beaucoup d’especves ne se plient pas à cene classifica4on trophique – Omnivores – Parasites d’herbivores – Etc
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Décomposeurs • Invertébrés, champignons et bactéries qui se
nourrissent de la ma4ère organique morte – Cadavres, li4ère, excreta, fèces
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Eléments non-‐vivants de la biosphère
• Ma4ère organique morte • Eléments minéraux • Oxygène, gaz carbonique
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Transferts de ma4ère et d’énergie
• Processus de: – ProducAon (synthèse de ma4ère organique) – ConsommaAon (inges4on de ma4ère organique) – DécomposiAon ou minéralisaAon (recyclage de la ma4ère)
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Structure fon4onnelle (2)
• Les cycles biogéochimiques – Le cycle de l’eau – Le cycle du carbone – Le cycle de l’azote
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Cycle de l’eau
• Le cycle de l’eau resterait ce qu’il est en absence d’etres vivants
• Pas un cycle biogeochimique…
• Energie solaire: évapora4on • Retombe en forme de
précipita4ons • Ocean: bilan néga4ve • Con4nents: bilan posi4ve
• Fleuves • infiltra4on
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Cycle du carbone
Carbone: 49% du poids sec des organisms, 25% de la composi4on par atomes de la biosphère
H: 49,8%, O: 25%, C: 25%
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Cycle de carbone
Principal réservoir: CO2 dissous (ion carbonates)
Réservoir essen4el aux ecosystèmes terrestres
Combus4on biologique (respira4on)
Combus4on industrielle (fossiles, forets,…)
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Cycle de l’azote • Atmosphère très riche en azote (79%) mais inaccessible :
N2 • Principale réservoir pour organismes: azote organique
(urée, protéines, acides nucléiques) et minéral (ammoniac, nitrite, nitrate)
• Cycle d’azote: transforma4ons chimique, l’œuvre d’un pe4t nombre d’organismes spécialisés:
• FixaAon de l’azote (N2 è NH3, NO3) – Physico-‐chimique (7,5 M tonnes) – Fixa4on biologique (44 M tonnes) bactéries, phytoplankton,
champignons. Symbio4ques: Rhizobium (légumineuses, nodosités)
– Synthèse industrielle (30 M tonnes en 1970…) • L’ammonifica4on • La nitrifica4on • La dénitrifica4on
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Le cycle d’azote