Biodiversité: tendances et processus
Biodiversité: tendances et processus
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<strong>Biodiversité</strong><br />
Définition, composantes <strong>et</strong> mesures<br />
BIO3515<br />
Prof. Gabriel Blouin-Demers, PhD
Science (2012) 336: 1401-1406
« Diversity of life on Earth »<br />
• Taxonomic diversity<br />
• Phylogen<strong>et</strong>ic diversity<br />
• Gen<strong>et</strong>ic diversity<br />
• Functional diversity<br />
• Spatial or temporal diversity<br />
• Interaction diversity<br />
• Landscape diversity<br />
Science (2012) 336: 1401-1406
Trois niveaux simplifiés<br />
de biodiversité<br />
<strong>Biodiversité</strong><br />
génétique<br />
<strong>Biodiversité</strong><br />
spécifique<br />
<strong>Biodiversité</strong> des<br />
écosystèmes
Nombre d’espèces<br />
...connaissances limitées<br />
• 1,2 millions décrites<br />
• Estimés varient de 5-100<br />
millions<br />
Connu<br />
Estimé
« ∼8.7 million ... eukaryotic species globally, of which ∼2.2 million ... are marine. In spite<br />
of ... over 1.2 million species already catalogued ... some 86% of existing species on<br />
Earth and 91% of species in the ocean still await description. »<br />
PLOS Biology (2011) 9: e1001127
« Regions predicted to contain large<br />
numbers of undiscovered species are<br />
already conservation priorities. Our<br />
results ... suggest considerably higher levels<br />
of species imperilment than previously<br />
acknowledged. »<br />
PNAS (2011) 108: 13171-13176
3 dimensions de la<br />
biodiversité<br />
• Composition (ce qui est présent)<br />
•<br />
Structure (comment les éléments<br />
présents sont organisés les uns par<br />
rapport aux autres)<br />
• Fonction (les <strong>processus</strong> qui<br />
génèrent la biodiversité <strong>et</strong> qui<br />
affectent la structure <strong>et</strong> la<br />
composition)
Indicateurs de composition<br />
• Fréquences géniques<br />
• Richesse spécifique<br />
• Nombre d’habitats
Indicateurs structurels<br />
• Distribution en taille ou en âge d’une<br />
population<br />
• Abondance relative des espèces d’une<br />
communauté<br />
• Indices de fragmentation de l’habitat
Indicateurs fonctionnels<br />
• Taux d’échanges génétiques entre les<br />
populations<br />
• Taux de croissance des populations<br />
• Taux de recyclage des éléments nutritifs
Facteurs augmentant la<br />
biodiversité<br />
• Mutations<br />
• Spéciation<br />
• Isolement géographique<br />
• Compétition<br />
• Polyploïdisation<br />
• Immigration<br />
• Succession écologique<br />
• Temps<br />
• Stabilité environnementale
Facteurs diminuant la<br />
biodiversité<br />
• Extinction<br />
• Compétition féroce<br />
• Perturbations<br />
• Goulot d’étranglement génétique (gen<strong>et</strong>ic<br />
bottleneck)
Mesures de la<br />
biodiversité<br />
α, β <strong>et</strong> γ
American Naturalist (1966) 100: 33-46
« Two aspects of alpha diversity are to be measured. Diversity in the strict sense is<br />
richness in species, and is appropriately measured as the number of species in a sample<br />
of standard size.<br />
The extent of differentiation of communities along habitat gradients is b<strong>et</strong>a diversity. The<br />
total or gamma diversity of a landscape, or geographic area, is a product of the alpha<br />
diversity of its communities and the degree of b<strong>et</strong>a differentiation among them. »<br />
Taxon (1972) 21: 213-250
Diversité α, β <strong>et</strong> γ<br />
• Selon Whittaker, la diversité totale (diversité γ)<br />
est déterminée par deux choses différentes:<br />
• La diversité moyenne dans les habitats à<br />
l’échelle locale (diversité α)<br />
• La différentiation entre les habitats (diversité β)
Diversité α, β <strong>et</strong> γ<br />
• La diversité γ <strong>et</strong> la diversité α peuvent être<br />
calculées directement à partir d’inventaires<br />
d’espèces<br />
• La définition la plus simple de la diversité β est<br />
• β = γ / α<br />
• Où la diversité γ est la diversité totale des<br />
espèces dans un paysage, <strong>et</strong> la diversité α est<br />
la diversité moyenne par habitat
Diversité α, β <strong>et</strong> γ<br />
• Puisque les limites entre les habitats <strong>et</strong> les<br />
paysages sont diffuses, la diversité γ peut être<br />
calculée pour tout jeu de données, tandis que<br />
la diversité α <strong>et</strong> la diversité β peuvent être<br />
calculées lorsque le jeu de données est divisé<br />
en sous-unités<br />
• La diversité γ est le nombre total d’espèces<br />
dans le jeu de données <strong>et</strong> la diversité α est le<br />
nombre moyen d’espèces dans chaque sousunité
Exemples de calculs<br />
Habitat 1<br />
Habitat 2<br />
Habitat 3
Exemple 1<br />
Habitat 1 Habitat 2 Habitat 3<br />
a b c<br />
b c d<br />
c d e<br />
d e f<br />
e f g<br />
diversité γ = 10<br />
diversité α = 8<br />
diversité β = 1,25<br />
f g h<br />
g h i<br />
h i j
Exemple 2<br />
Habitat 1 Habitat 2 Habitat 3<br />
a f k<br />
b g l<br />
c h m<br />
d i n<br />
e j o<br />
diversité γ = 18<br />
diversité α = 8<br />
diversité β = 2,25<br />
f k p<br />
g l q<br />
h m r
Exemple 3<br />
Habitat 1 Habitat 2 Habitat 3<br />
a f i<br />
b g j<br />
c h k<br />
d i l<br />
e j<br />
f<br />
diversité γ = 12<br />
diversité α = 5,66<br />
(8 + 5 + 4) / 3<br />
diversité β = 2,12<br />
g<br />
h
Diversité α<br />
• Nombre d’espèces qui<br />
coexistent dans un habitat<br />
Habitat 1 Habitat 2<br />
uniforme de taille fixe<br />
Habitat 3<br />
• Forte diversité α résulte<br />
d’une accumulation d’espèces<br />
par habitat <strong>et</strong> d’une grande<br />
spécialisation des espèces<br />
Nombre d’espèces<br />
espèces/km 2<br />
1 2 3<br />
Habitat
No. d’espèces<br />
Diversité α<br />
• Abondance relative baisse<br />
quand le nombre d’espèces<br />
par habitat augmente <strong>et</strong><br />
Haute diversité-α<br />
que la spécialisation<br />
augmente<br />
Basse<br />
diversité-α<br />
• En général les habitats qui<br />
ont une diversité α forte<br />
ont des abondances par<br />
Abondance<br />
espèce plus faibles
Diversité β<br />
• Taux de remplacement des<br />
espèces dans un gradient<br />
d’habitat dans une zone<br />
Habitat 1 Habitat 2<br />
Habitat 3<br />
géographique donnée<br />
• Généralement mesurée par<br />
le nombre de nouvelles<br />
espèces trouvées le long<br />
d’un gradient<br />
Nombre cumulé<br />
d’espèces<br />
Haute diversité-β<br />
Basse diversité-β<br />
1 2 3<br />
Habitat
« β diversity is higher in the tropics and at low elevations ... after correcting for<br />
differences in pooled species richness (γ diversity), these differences in β diversity<br />
disappear. »<br />
Science (2011) 333: 1755-1758
Patrons <strong>et</strong> <strong>tendances</strong> de<br />
biodiversité<br />
(vu en BIO2529)
Ecology (2003) 84: 3105-3117
American Naturalist (1991) 137: 27-49
Diversité<br />
• Augmente des pôles vers l’équateur<br />
• Diminue lorsque l’altitude augmente<br />
• Augmente avec la complexité structurale<br />
• Augmente avec le temps d’évolution<br />
• Plus élevée avec des dérangements modérés<br />
• Plus faible sur les îles
Diversité<br />
Latitude
Diversité<br />
Temps d’évolution
Diversité<br />
Dérangements
« As many as 44% of all species of vascular plants and 35% of all species in four<br />
vertebrate groups are confined to 25 hotspots comprising only 1.4% of the land surface<br />
of the Earth. »<br />
Nature (2000) 403: 853-858
Nature (2000) 403: 853-858
Corrélations taxinomiques
Diversité<br />
Relations espèces / aire<br />
• En général, le nombre d’espèces<br />
augmente avec l’aire échantillonnée,<br />
en partie à cause d’eff<strong>et</strong>s<br />
d’échantillonnage <strong>et</strong> en partie parce<br />
qu’un plus grand nombre d’habitats<br />
sont échantillonnés<br />
Aire (A)<br />
Log S<br />
No. d’espèces (S)<br />
Log (Aire)
Sommaire<br />
• En général, la diversité α augmente avec la<br />
taille de l'habitat <strong>et</strong> sa complexité<br />
• La diversité β augmente avec l'hétérogénéité<br />
des habitats
Principes de gestion I<br />
• Le mélange d'espèces formant une<br />
communauté n'est généralement pas fixe, mais<br />
en équilibre dynamique; le but est de<br />
conserver les acteurs, mais pas d’empêcher<br />
l’évolution naturelle<br />
• La richesse spécifique augmente en fonction<br />
de l'hétérogénéité de l'habitat; il faut toutefois<br />
être circonspect en appliquant ce principe à la<br />
conservation
Principes de gestion II<br />
• L'hétérogénéité affecte non seulement la<br />
composition des espèces dans une<br />
communauté, mais aussi les interactions entre<br />
espèces<br />
• Les perturbations périodiques naturelles<br />
jouent un rôle important dans la création d'un<br />
habitat hétérogène qui favorise une plus<br />
grande richesse spécifique
Principes de gestion III<br />
• La taille <strong>et</strong> le degré d'isolement de parcelles<br />
d'habitat peuvent influencer la richesse<br />
spécifique
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