La biodiversité désigne la variété des êtres vivants et des milieux dans lesquels ils vivent. On la décrit à trois échelles emboîtées.
Trois échelles pour décrire le vivant
- Diversité des écosystèmes : variété des milieux (forêt, prairie, mare, haie) et des relations entre les êtres vivants et leur environnement. Un écosystème associe une biocénose (l'ensemble des êtres vivants) et un biotope (le milieu physique).
- Diversité des espèces : nombre d'espèces présentes et part de chacune. Une espèce rassemble des individus semblables, capables de se reproduire entre eux et d'avoir des descendants eux-mêmes fertiles.
- Diversité génétique : variété des allèles, c'est-à-dire des versions d'un même gène, au sein d'une espèce. Deux individus d'une même espèce ne portent pas exactement les mêmes allèles, d'où des différences de taille, de couleur ou de résistance à une maladie.
Pourquoi échantillonner
Il est impossible de compter tous les individus d'un milieu. On étudie donc un échantillon, c'est-à-dire une petite partie du milieu observée avec une méthode précise, puis on en déduit prudemment l'état de l'ensemble.
Un échantillonnage fiable respecte trois règles : une méthode identique d'un site à l'autre (même surface, même durée, même matériel), plusieurs répétitions, et des emplacements choisis sans préférence, par exemple au hasard ou à intervalles réguliers le long d'un transect. Le quadrat, un carré de surface connue posé au sol (par exemple 1 m²), permet de recenser les plantes ou les petits animaux visibles qu'il contient.
Mesurer la diversité des espèces
- La richesse spécifique est le nombre d'espèces différentes recensées.
- L'abondance d'une espèce est le nombre d'individus de cette espèce.
- La répartition décrit si les individus sont partagés équitablement entre les espèces ou si une espèce domine.
Exemple concret
Données pédagogiques simplifiées. Deux quadrats de 1 m² sont placés sur deux pelouses ; 20 plantes sont recensées dans chacun.
| Espèce | Pelouse A | Pelouse B |
|---|---|---|
| Pâquerette | 17 | 5 |
| Trèfle | 1 | 5 |
| Plantain | 1 | 5 |
| Pissenlit | 1 | 5 |
Les deux pelouses ont la même richesse spécifique (4 espèces) et le même nombre d'individus (20). Pourtant, la pelouse B est plus diversifiée : les espèces y sont équitablement réparties, alors que la pâquerette domine la pelouse A.
Piège conceptuel
Il est faux de croire que plus d'individus signifie plus de biodiversité : une prairie envahie par une seule espèce abondante peut être très peuplée mais peu diversifiée. Il est aussi faux de croire qu'un échantillon donne la valeur exacte : il fournit une estimation, qui varie selon l'emplacement et le nombre de répétitions. Enfin, la biodiversité ne se réduit pas au nombre d'espèces : les écosystèmes et les gènes comptent aussi.
Exercice 1 : Reconnaître les trois échelles
Un naturaliste étudie un bocage et note trois observations. A : le secteur comprend des haies, des prairies et une mare. B : quatorze espèces d'oiseaux différentes y ont été recensées. C : les escargots des haies ont une coquille jaune, rose ou brune selon les individus, la couleur dépendant des allèles d'un gène.
- Associe chaque observation à une échelle de la biodiversité.
- Justifie ton choix pour l'observation C.
Exercice 2 : Comparer deux haies
Données pédagogiques simplifiées. Au pied de deux haies, on recense les plantes herbacées dans cinq quadrats de 1 m² par haie. Le tableau donne le nombre total d'individus relevés sur les cinq quadrats.
| Espèce | Haie 1 | Haie 2 |
|---|---|---|
| Ortie | 40 | 85 |
| Lierre | 30 | 10 |
| Gaillet | 20 | 5 |
| Lamier | 10 | 0 |
| Total | 100 | 100 |
- Détermine la richesse spécifique de chaque haie.
- Calcule la densité moyenne en individus par m² pour chaque haie.
- Indique quelle haie est la plus diversifiée, en utilisant la richesse et la part de l'ortie en pourcentage.
- Explique pourquoi on utilise cinq quadrats plutôt qu'un seul.
Exercice 3 : Critiquer un protocole
Léa compare deux prés. Dans le pré 1, elle place un quadrat de 1 m² là où les fleurs sont les plus nombreuses et compte 9 espèces. Dans le pré 2, elle place un quadrat de 4 m² dans une zone très piétinée et compte 5 espèces. Elle conclut : « Le pré 1 est bien plus riche en espèces que le pré 2. »
- Relève trois défauts du protocole de Léa.
- Propose un protocole corrigé réalisable avec de la ficelle, des piquets et un carnet, sans prélever ni arracher les plantes.
- Explique pourquoi la conclusion de Léa n'est pas valable.
Correction complète
Exercice 1 : correction
1. L'observation A correspond à la diversité des écosystèmes (haies, prairies et mare sont des milieux différents). L'observation B correspond à la diversité des espèces. L'observation C correspond à la diversité génétique. L'échelle des écosystèmes concerne les milieux, celle des espèces le nombre et la nature des espèces présentes.
2. Tous les escargots appartiennent à la même espèce, mais leur coquille varie selon les allèles d'un même gène. Cette variété au sein d'une espèce est de la diversité génétique.
Exercice 2 : correction
1. La haie 1 compte 4 espèces. La haie 2 en compte 3, car le lamier est absent (0 individu).
2. Densité = nombre d'individus ÷ surface échantillonnée. Pour chaque haie : 100 ÷ 5 = 20 individus par m². Les deux haies ont la même densité.
3. La haie 1 est la plus diversifiée : sa richesse est plus élevée (4 contre 3) et la répartition est meilleure. L'ortie représente 40 ÷ 100 = 40 % des individus en haie 1, contre 85 ÷ 100 = 85 % en haie 2, où elle domine nettement. La densité identique ne permet pas de départager les haies.
4. Un seul quadrat pourrait tomber sur un endroit peu représentatif de la haie. Plusieurs quadrats répartis sans préférence limitent l'effet du hasard et permettent de calculer une moyenne par m², donc une estimation plus fiable.
Exercice 3 : correction
1. Trois défauts : les surfaces diffèrent (1 m² contre 4 m²) ; les emplacements sont choisis selon des critères différents (zone fleurie contre zone piétinée), donc ils ne sont pas représentatifs des prés ; il n'y a qu'un seul relevé par pré, sans répétition.
2. Poser, avec ficelle et piquets, cinq quadrats de 1 m² par pré, à intervalles réguliers le long d'un transect. Noter les espèces et le nombre d'individus de chaque quadrat sans rien arracher, puis comparer les totaux par pré. On étudie ainsi 5 m² dans chaque pré, donc à surface égale.
3. La différence observée peut venir du protocole (surface, emplacement) et non des prés eux-mêmes. Un relevé unique et orienté ne permet pas d'estimer la biodiversité d'un pré entier : il faudrait comparer à surface et méthode égales, avec des répétitions.