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La chaîne alimentaire est une succession d’êtres vivants d’un écosystème reliés par des relations alimentaires. Elle est une représentation des relations trophiques au sein d’un écosystème, montrant le flux unidirectionnel d’énergie et le recyclage de la matière.
Elle commence par les producteurs autotrophes, passe par les consommateurs primaires, secondaires et tertiaires, et se termine par les décomposeurs. La chaîne alimentaire est un modèle écologique qui décrit comment l’énergie solaire est captée par les producteurs autotrophes (plantes, algues, bactéries chimiosynthétiques) et transformée en matière organique, puis transférée aux consommateurs hétérotrophes : herbivores, carnivores et omnivores.
Chaque transfert est accompagné d’une perte d’énergie sous forme de chaleur (rendement trophique), tandis que la matière circule de manière cyclique grâce aux décomposeurs et détritivores qui libèrent des nutriments pour les producteurs.
Réseau Trophique.
Dans la nature, les multiples chaînes interconnectées forment un réseau trophique, plus fidèle à la complexité réelle des interactions écologiques, illustrant la dépendance et l’équilibre écologique entre les espèces.
Selon la façon dont ils se nourrissent, nous pouvons diviser les organismes vivants en trois groupes principaux : les producteurs, les consommateurs et les saprobiontes (décomposeurs).
Un producteur est un organisme qui fabrique sa nourriture, comme le glucose, au cours de la photosynthèse. Les plantes photosynthétiques en font partie. Ces producteurs sont également appelés autotrophes.
Un autotrophe est un organisme qui peut utiliser des composés inorganiques, comme le carbone du dioxyde de carbone, pour fabriquer des molécules organiques, comme le glucose. Certains organismes utilisent à la fois des méthodes autotrophes et hétérotrophes pour obtenir de l'énergie. Les hétérotrophes sont des organismes qui ingèrent de la matière organique fabriquée par des producteurs. Par exemple, la sarracénie pourpre fait de la photosynthèse et consomme des insectes.
Les autotrophes ne sont pas seulement des organismes photosynthétiques (photoautotrophes). Un autre groupe que tu rencontreras peut-être est celui des chimioautotrophes. Les chimioautotrophes utilisent l'énergie chimique pour produire leur nourriture. Ces organismes vivent généralement dans des environnements difficiles, par exemple les bactéries oxydantes de soufre que l'on trouve dans les environnements anaérobies marins et d'eau douce.
Plongeons plus profondément dans l'océan, là où la lumière du soleil n'arrive pas. C'est ici que tu rencontreras des chimioautotrophes qui vivent dans les sources chaudes et les cheminées hydrothermales des profondeurs. Ces organismes créent de la nourriture pour les habitants des profondeurs, tels que les pieuvres des profondeurs et les vers zombies.
En outre, des particules organiques, vivantes ou non, coulent au fond de l'océan et constituent une autre source de nourriture. Il s'agit notamment de minuscules bactéries et de boulettes coulantes produites par les copépodes et les tuniciers.
Les consommateurs sont des organismes qui obtiennent leur énergie pour la reproduction, le mouvement et la croissance en consommant d'autres organismes. On les appelle aussi hétérotrophes. On trouve trois groupes de consommateurs dans les écosystèmes :
Herbivores : Les herbivores sont des organismes qui mangent le producteur, comme les plantes ou les macroalgues. Ils sont les premiers consommateurs du réseau alimentaire.
Carnivores : Les carnivores sont des organismes qui consomment les herbivores, les carnivores et les omnivores pour se nourrir. Ce sont les consommateurs secondaires et tertiaires (et ainsi de suite). Le nombre de consommateurs est limité dans les pyramides alimentaires car le transfert d'énergie diminue jusqu'à ce qu'il ne soit plus suffisant pour soutenir un autre niveau trophique. Les pyramides alimentaires s'arrêtent généralement après le consommateur tertiaire ou quaternaire.
Les niveaux trophiques désignent les différentes étapes d'une pyramide alimentaire.
Omnivores : Les omnivores sont des organismes qui consomment à la fois des producteurs et d'autres consommateurs. Ils peuvent donc être des consommateurs primaires. Par exemple, les humains sont des consommateurs primaires lorsqu'ils mangent des légumes. Lorsque les humains consomment de la viande, tu seras très probablement un consommateur secondaire (puisque tu consommes principalement des herbivores).
Chaîne Alimentaire des Décomposeurs.
Les saprobiontes, également appelés décomposeurs, sont des organismes qui décomposent la matière organique en composés inorganiques. Pour digérer la matière organique, les saprobiotiques libèrent des enzymes digestives, qui vont décomposer les tissus de l'organisme en décomposition. Les principaux groupes de saprobiontes comprennent les champignons et les bactéries.
Les saprobiontes sont extrêmement importants dans les cycles des nutriments, car ils libèrent dans le sol des nutriments inorganiques tels que les ions ammonium et phosphate, auxquels les producteurs peuvent à nouveau accéder. Le cycle complet des nutriments est ainsi bouclé et le processus recommence.
Les champignons mycorhiziens forment des relations symbiotiques avec les plantes. Ils peuvent vivre dans les réseaux de racines des plantes et leur fournir des nutriments essentiels. En retour, la plante fournira des sucres, comme le glucose, aux champignons.
La principale source d'énergie de l'écosystème provient du soleil. L'énergie du soleil se transforme en énergie chimique au cours de la photosynthèse. Les plantes de l'environnement terrestre convertissent l'énergie du soleil. Dans les écosystèmes aquatiques, les plantes aquatiques, les microalgues (phytoplancton), les macroalgues et les cyanobactéries convertissent l'énergie du soleil.
Les plantes ne peuvent capter que 1 à 3 % de l'énergie solaire, et cela se produit en raison de quatre facteurs principaux :
La chlorophylle fait référence aux pigments présents dans les chloroplastes des plantes. Ces pigments sont nécessaires à la photosynthèse. Les organismes unicellulaires, tels que les cyanobactéries, contiennent également des pigments photosynthétiques. Il s'agit notamment de la chlorophylle-α et du β-carotène.
La production primaire nette (PPN) est l'énergie chimique stockée après ce qui est perdu lors de la respiration, et cela représente généralement environ 20 à 50 %. Cette énergie est à la disposition de la plante pour sa croissance et sa reproduction.
Nous utiliserons l'équation ci-dessous pour expliquer la PPN des producteurs :
Net primary production (NPP) = Gross primary production (GPP) - Respiration
La production primaire brute (PPB) représente l'énergie chimique totale stockée dans la biomasse végétale. Les unités de la PPN et de la PPB sont exprimées en unités de biomasse par surface terrestre et par temps, comme par exemple g/m²/an. La respiration, quant à elle, est la perte d'énergie. La différence entre ces deux facteurs est ta PPN.
Environ 10 % de l'énergie sera disponible pour les consommateurs primaires. En revanche, les consommateurs secondaires et tertiaires obtiendront jusqu'à 20 % de l'énergie des consommateurs primaires.
Cela s'explique par les facteurs suivants :
Bien que les humains ne puissent pas digérer la cellulose, elle facilite tout de même notre digestion ! La cellulose aidera ce que tu as consommé à se déplacer dans ton tube digestif.
Les PPN des consommateurs ont une équation légèrement différente :
Net primary production (NPP) = Chemical energy store of ingested food - (Energy lost in refuse + Respiration)
Comme tu le comprends maintenant, l'énergie disponible sera de plus en plus faible à chaque niveau trophique supérieur.
Un niveau trophique désigne la position d'un organisme dans la chaîne ou la pyramide alimentaire. Chaque niveau trophique dispose d'une quantité différente de biomasse. Les unités pour la biomasse dans ces niveaux trophiques comprennent les kJ/m³/an.
La biomasse est la matière organique constituée d'organismes vivants, tels que les plantes et les animaux. Pour calculer le pourcentage d'efficacité du transfert d'énergie à chaque niveau trophique, nous pouvons utiliser l'équation suivante :
Efficiency transfer (%) = Biomass in the higher trophic level / Biomass in the lower trophic level x 100
Pyramide Trophique.
Une chaîne alimentaire est une façon simplifiée de décrire la relation alimentaire entre les producteurs et les consommateurs. Lorsque l'énergie passe à des niveaux trophiques supérieurs, une grande partie est perdue sous forme de chaleur (environ 80-90 %).
Un réseau alimentaire est une représentation plus réaliste du flux d'énergie au sein de l'écosystème. La plupart des organismes ont plusieurs sources de nourriture et de nombreuses chaînes alimentaires sont reliées entre elles. Les réseaux alimentaires sont extrêmement complexes. Si tu prends l'exemple des humains, nous consommons de nombreuses sources de nourriture.
La figure 2 est un exemple de réseau alimentaire aquatique. Les producteurs sont ici la queue de cochon, la queue de coton et les algues. Les algues sont consommées par trois herbivores différents. Ces herbivores, comme le têtard de grenouille-taureau, sont ensuite consommés par de multiples consommateurs secondaires. Les prédateurs du sommet (prédateurs au sommet de la chaîne alimentaire/du réseau) sont les humains et le grand héron. Tous les déchets, y compris les matières fécales et les organismes morts, seront décomposés par des décomposeurs, dans le cas de cette chaîne alimentaire particulière, des bactéries.
L'homme a eu un impact important sur les réseaux alimentaires, perturbant souvent le flux d'énergie entre les niveaux trophiques. Voici quelques exemples :
Au début du XXème siècle, certains scientifiques de l’écologie commencent à se poser des questions : et si le sommet de la pyramide, le prédateur suprême, par sa présence régulait harmonieusement tout l’ensemble ? En d’autres termes, se pourrait-il que la pyramide alimentaire ne soit plus viable si l’on fait disparaitre les animaux occupant son sommet ? Question difficile à trancher car ces grands prédateurs sillonnent des étendues immenses et leur disparition peut éventuellement mettre des années avant de se faire sentir. Comment alors procéder pour comprendre ces interactions ?
Les récifs de corail sont un bon exemple d’une chaîne alimentaire au sommet de laquelle on trouve un superprédateur, le requin-tigre. Des scientifiques américains ont donc procédé à une simulation informatique dans laquelle ils retirent le requin-tigre de l’écosystème. Au début, tout se passe comme prévu : les victimes potentielles se mettent à prospérer en l’absence du grand prédateur ; les phoques et les tortues de mer prolifèrent de même que les oiseaux de mer habituellement victimes du grand squale.
Non justement car, rapidement, on voit s’effondrer les populations de thons pourtant également chassées par le requin-tigre (elles devraient prospérer !). Dans le même temps, les poissons des profondeurs - qui ne sont pourtant jamais victimes du requin-tigre - augmentent leur population… L’explication ? Les oiseaux de mer qui peuvent à présent chasser en toute tranquillité deviennent les prédateurs du thon d’où sa quasi-disparition… le thon qui, jusque là, régulait les populations des poissons des profondeurs.
Un autre exemple des effets de la disparition d’un superprédateur a été observé dans un grand parc naturel de l’Utah, aux USA. Ici, ce sont les pumas qui sont en haut de l’échelle. Avec l’apparition du tourisme de masse, ces animaux ont progressivement abandonné les canyons de la rivière locale. Du coup, leur victime habituelle, une variété de cerf, a pu prospérer. Ce qui a été une catastrophe pour tout l’écosystème.
En effet, les cerfs revenus en masse (puisque non chassés leur population a fortement progressé) ont commencé à détruire la végétation locale (jeunes arbres, arbustes, etc.) avec pour principale conséquence l’impossibilité du renouvellement de cette végétation et donc moins de racines pour retenir la terre. A chaque inondation nouvelle (et habituelle), les berges de la rivière se sont effritées, l’eau s’étendant sur une plus grande surface forcément moins ombragée… et sa température s’est élevée en conséquence. Au total, ce sont les plantes immergées qui ont disparu, les poissons et les batraciens s’éteignant à leur tour.
Le superprédateur (ou prédateur alpha), une fois adulte, se retrouve au sommet d’une chaîne alimentaire et son rôle est crucial pour la régulation de toute la pyramide. Chaque écosystème représenté par une chaîne alimentaire possède donc un superprédateur à son sommet et dans chaque biotope on peut constater la présence d'un équilibre, équilibre finalement fragile que la disparition d’un de ses éléments - a fortiori l’élément suprême du haut de l’échelle - suffit à perturber et, dans certains cas, à totalement détruire.
Dans tous les cas, la présence de ces superprédateurs est indispensable à l’équilibre de l’ensemble.
Pour garantir un apport suffisant en éléments nécessaires, il est important de connaître les différents groupes alimentaires et leurs rôles :
| Groupe Alimentaire | Exemples | Rôle |
|---|---|---|
| Glucides | Riz | Fournissent de l'énergie au corps |
| Protéines | Oeufs, poissons, lait, fromage | Essentielles pour les organes, les muscles |
| Vitamines et Minéraux | Légumes | Indispensables au bon fonctionnement de l'organisme |
La quantité d’aliments consommée doit être adaptée aux besoins individuels. Par exemple, un homme a des besoins plus importants qu’une femme.
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