Écologie

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 8.1.A : Expliquer comment la réponse comportementale et physiologique d'un organisme est liée aux changements de son environnement interne ou externe.

• 8.1.A.1 Les organismes répondent aux changements de leur environnement par des mécanismes comportementaux et physiologiques.
  • Déclaration d'exclusion : La connaissance des mécanismes comportementaux ou physiologiques spécifiques dépasse le cadre de l'examen AP.
  • Exemples illustratifs pour 8.1.A.1 :
    • Photopériodisme et phototropisme chez les plantes
    • Taxie et kinésie chez les animaux
    • Activité nocturne et diurne
• 8.1.A.2 Les organismes échangent des informations entre eux en réponse à des changements internes et à des stimuli externes, ce qui peut modifier leur comportement.
  • Exemples illustratifs pour 8.1.A.2 :
    • Réaction de combat ou de fuite
    • Avertissements contre les prédateurs
    • Réponses des plantes face à l'herbivorie

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 8.1.B : Expliquer comment les réponses comportementales des organismes affectent leur aptitude globale et peuvent contribuer au succès d'une population.

• 8.1.B.1 Les organismes communiquent par divers mécanismes (signaux visuels, auditifs, tactiles, électriques et/ou chimiques).
  • i. Les organismes possèdent une variété de comportements de signalisation qui produisent des changements dans le comportement d'autres organismes et peuvent entraîner un succès reproductif différentiel.
  • ii. Les animaux utilisent des signaux pour indiquer la dominance, trouver de la nourriture, établir un territoire et assurer le succès reproductif.
  • Déclaration d'exclusion : La connaissance des mécanismes spécifiques de communication dépasse le cadre de l'examen AP.
  • Exemples illustratifs pour 8.1.B.1 :
    • Marquage territorial chez les mammifères
    • Coloration chez les plantes à fleurs et les animaux
    • Chants d'oiseaux
    • Comportements de groupe chez les animaux
    • Avertissements contre les prédateurs
• 8.1.B.2 Les réponses à l'information et la communication d'informations sont essentielles à la sélection naturelle et à l'évolution.
  • i. L'aptitude favorise les comportements innés et acquis qui augmentent la survie et le succès reproductif.
  • ii. Le comportement coopératif tend à augmenter l'aptitude de l'individu et la survie de la population.
  • Déclaration d'exclusion : Les détails des divers systèmes de communication et comportementaux communautaires dépassent le cadre de l'examen AP.
  • Exemples illustratifs pour 8.1.B.2.i :
    • Interactions parents et descendants
    • Comportements de parade nuptiale et d'accouplement
    • Collecte de nourriture par les abeilles et autres animaux
  • Exemples illustratifs pour 8.1.B.2.ii :
    • Comportement de groupe chez les animaux
    • Comportement de troupeau, de volée et de banc chez les animaux
    • Avertissements contre les prédateurs
    • Comportement de colonie et d'essaimage chez les insectes
    • Sélection de la parentèle

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 8.2.A : Décrire les stratégies que les organismes utilisent pour acquérir et utiliser l'énergie.

• 8.2.A.1 Les organismes utilisent l'énergie pour s'organiser, grandir, se reproduire et maintenir l'homéostasie.
  • i. Les organismes utilisent différentes stratégies pour réguler leur température corporelle et leur métabolisme. Les endothermes utilisent l'énergie thermique générée par le métabolisme pour maintenir une température corporelle homéostatique. Les ectothermes manquent de mécanismes internes efficaces pour maintenir leur température corporelle, bien qu'ils puissent la réguler par des comportements tels que se déplacer vers le soleil ou l'ombre ou s'agréger avec d'autres individus.
  • ii. Un gain net d'énergie entraîne le stockage d'énergie, la croissance d'un organisme et une augmentation de la production reproductive.
  • iii. Une perte nette d'énergie entraîne une perte de masse, une diminution de la production reproductive et, éventuellement, la mort d'un organisme.
• 8.2.A.2 Différents organismes utilisent diverses stratégies reproductives en réponse à la disponibilité énergétique. Certains organismes alternent entre reproduction asexuée et sexuée en réponse à la disponibilité énergétique.
  • Exemples illustratifs pour 8.2.A :
    • Reproduction saisonnière chez les animaux et les plantes
    • Stratégie d'histoire de vie (plantes bisannuelles, diapause reproductive)

Objectif d'apprentissage 8.2.B : Expliquer comment l'énergie circule et la matière cycle à travers les niveaux trophiques.

• 8.2.B.1 Les niveaux écologiques d'organisation incluent les populations, les communautés, les écosystèmes et les biomes.
• 8.2.B.2 L'énergie circule à travers les écosystèmes, tandis que la matière et les nutriments cyclent entre l'environnement et les organismes via les cycles biogéochimiques. Ces cycles sont essentiels à la vie, et chaque cycle démontre la conservation de la matière. Les cycles sont interdépendants.
• 8.2.B.3 Les cycles biogéochimiques incluent des réservoirs abiotiques et biotiques, ainsi que des processus qui cyclent la matière entre les réservoirs.
• 8.2.B.4 Le cycle hydrologique (cycle de l'eau) implique le mouvement et le stockage de l'eau dans l'hydrosphère. Les réservoirs incluent les océans, les eaux de surface, l'atmosphère et les organismes vivants. Les processus incluent l'évaporation, la condensation, les précipitations et la transpiration.
• 8.2.B.5 Le cycle du carbone implique le recyclage des atomes de carbone à travers la biosphère terrestre vers les organismes sous forme de glucides et de retour dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. Aux niveaux d'organisation les plus élevés, le cycle du carbone peut être simplifié en quatre parties : la photosynthèse, la respiration cellulaire, la décomposition et la combustion.
• 8.2.B.6 Le cycle de l'azote implique plusieurs étapes, notamment la fixation de l'azote, l'assimilation, l'ammonification, la nitrification et la dénitrification. Ces étapes sont effectuées par des microorganismes dans le sol. La plus grande réserve d'azote est l'atmosphère. Lors de la fixation de l'azote, le diazote $\left(\mathrm{N_2}\right)$ est fixé en ammoniac $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, qui s'ionise en ammonium $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ en acquérant des ions hydrogène de la solution du sol.
• 8.2.B.7 Le cycle du phosphore implique l'altération des roches libérant des phosphates $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ dans le sol et les eaux souterraines. Les producteurs absorbent le phosphate, qui est intégré dans des molécules biologiques ; les consommateurs mangent les producteurs, transférant le phosphate aux animaux. Le phosphore retourne au sol via la décomposition de la biomasse ou l'excrétion. Le phosphate peut également être réintégré dans l'environnement via la décomposition de matière organique en décomposition.

Objectif d'apprentissage 8.2.C : Expliquer comment les changements dans la disponibilité de l'énergie affectent les populations, les communautés et les écosystèmes.

• 8.2.C.1 Les changements dans la disponibilité de l'énergie peuvent entraîner des modifications de la taille d'une population.
• 8.2.C.2 Les changements dans la disponibilité de l'énergie peuvent entraîner des perturbations d'un écosystème.
  • i. Un changement dans les ressources énergétiques telles que la lumière du soleil peut affecter le nombre et la taille des niveaux trophiques. Les niveaux trophiques incluent les producteurs ; les consommateurs primaires, secondaires, tertiaires et quaternaires ; et les décomposeurs.
  • ii. Un changement dans la biomasse ou le nombre de producteurs dans une zone géographique donnée peut affecter le nombre et la taille des autres niveaux trophiques.

Objectif d'apprentissage 8.2.D : Expliquer comment les activités des autotrophes et des hétérotrophes permettent le flux d'énergie au sein d'un écosystème.

• 8.2.D.1 Les autotrophes captent l'énergie à partir de sources physiques ou chimiques dans l'environnement.
  • i. Les organismes photosynthétiques capturent l'énergie présente dans la lumière du soleil, contribuant ainsi à la productivité primaire.
  • ii. Les organismes chimiosynthétiques captent l'énergie à partir de petites molécules inorganiques présentes dans leur environnement, ce qui peut se produire en l'absence d'oxygène.
• 8.2.D.2 Les hétérotrophes, qui comprennent les carnivores, herbivores, omnivores, décomposeurs et charognards, métabolisent les glucides, lipides et protéines comme sources d'énergie. Les hétérotrophes capturent l'énergie présente dans les composés carbonés en consommant de la matière organique issue des autotrophes et en incorporant cette matière dans leurs tissus.

Grande Idée 3 — Stockage et Transmission d'Informations : Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus vitaux.

Objectif d'apprentissage 8.3.A : Décrire les facteurs qui influencent la dynamique de croissance des populations.

• 8.3.A.1 Les populations comprennent des organismes individuels de la même espèce qui interagissent entre eux et avec l'environnement de manière complexe.
• 8.3.A.2 De nombreuses adaptations chez les organismes sont liées à l'obtention et à l'utilisation de l'énergie et de la matière dans un environnement particulier.
  • i. La dynamique de croissance d'une population dépend du taux de natalité, du taux de mortalité et de la taille de la population.
    • Équation : Croissance de la population — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ où $dt$ = changement de temps ; $B$ = taux de natalité ; $D$ = taux de mortalité ; $N$ = taille de la population ; $dN$ = changement de la taille de la population
  • ii. La reproduction sans contraintes entraîne une croissance exponentielle d'une population.
    • Équation : Croissance exponentielle — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ où $dt$ = changement de temps ; $N$ = taille de la population ; $dN$ = changement de la taille de la population ; $r_{max}$ = taux de croissance maximum par individu de la population

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 8.4.A : Expliquer comment la densité d'une population affecte et est déterminée par la disponibilité des ressources dans l'environnement.

• 8.4.A.1 La capacité de charge est l'abondance durable d'une espèce qui peut être soutenue par l'ensemble des ressources disponibles de l'écosystème.
• 8.4.A.2 Lorsque des limites à la croissance attribuables à des facteurs dépendants et indépendants de la densité sont imposées, un modèle de croissance logistique survient généralement.
  • Équation : Croissance logistique — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ où $dt$ = changement de temps ; $N$ = taille de la population ; $dN$ = changement de la taille de la population ; $r_{max}$ = taux de croissance maximum par individu de la population ; $K$ = capacité de charge

Grande Idée 2 — Énergétique : Les systèmes biologiques utilisent l'énergie et les blocs de construction moléculaires pour croître, se reproduire et maintenir une homéostasie dynamique.

Objectif d'apprentissage 8.5.A : Décrire la structure d'une communauté selon sa composition et sa diversité d'espèces.

• 8.5.A.1 La structure d'une communauté est mesurée et décrite en termes de composition des espèces et de diversité des espèces.
  • Équation : Indice de diversité de Simpson — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ où $n$ = nombre total d'organismes d'une espèce particulière ; $N$ = nombre total d'organismes de toutes les espèces

Objectif d'apprentissage 8.5.B : Expliquer comment les interactions au sein et entre les populations influencent la structure communautaire.

• 8.5.B.1 Les communautés sont des groupes de populations interagissant d'espèces différentes qui changent avec le temps en fonction des interactions entre ces populations.
• 8.5.B.2 Les interactions entre populations déterminent comment elles accèdent à l'énergie et à la matière au sein d'une communauté.
• 8.5.B.3 Les relations entre populations interagissantes peuvent être caractérisées par des effets positifs et négatifs et modélisées. Exemples : interactions prédateur/proie, coopération, cascades trophiques et partitionnement de niche.
• 8.5.B.4 La compétition, la prédation et les symbioses, y compris le parasitisme, la mutualisme et le commensalisme, peuvent驱动 la dynamique des populations.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 8.6.A : Décrire la relation entre la diversité des écosystèmes et leur résilience face aux changements de l'environnement.

• 8.6.A.1 Les écosystèmes naturels et artificiels ayant moins de composants et peu de diversité parmi les composants sont souvent moins résilients aux changements de l'environnement.
• 8.6.A.2 Les espèces clés, les producteurs et les facteurs abiotiques et biotiques essentiels contribuent à maintenir la diversité d'un écosystème.

Objectif d'apprentissage 8.6.B : Expliquer comment l'ajout ou le retrait de tout composant d'un écosystème affectera sa structure globale à court et long terme.

• 8.6.B.1 Les effets des espèces clés sur l'écosystème sont disproportionnés par rapport à leur abondance dans celui-ci. Lorsqu'elles sont retirées de l'écosystème, il s'effondre souvent.

Grande Idée 1 — Évolution : Le processus d'évolution pilote la diversité et l'unité du vivant.

Objectif d'apprentissage 8.7.A : Expliquer l'interaction entre l'environnement et les variations aléatoires ou préexistantes dans les populations.

• 8.7.A.1 Une adaptation est une variation génétique favorisée par la sélection et qui se manifeste sous forme d'un trait conférant un avantage à un organisme dans un environnement particulier.
• 8.7.A.2 L'avantage de l'hétérozygote est lorsque le génotype hétérozygote a une aptitude relative supérieure à celle de n'importe quel génotype homozygote dominant ou récessif.
• 8.7.A.3 Les mutations ne sont pas dirigées par des pressions environnementales spécifiques.

Grande Idée 4 — Interactions des systèmes : Les systèmes biologiques interagissent, et ces systèmes et leurs interactions présentent des propriétés complexes.

Objectif d'apprentissage 8.7.B : Expliquer comment les espèces invasives affectent la dynamique des écosystèmes.

• 8.7.B.1 L'introduction intentionnelle ou involontaire d'une espèce invasive peut permettre à l'espèce d'exploiter une nouvelle niche libre de prédateurs ou de concurrents, ou de surpasser les espèces indigènes pour les ressources.
  • Exemples illustratifs pour 8.7.B.1 :
    • Kudzu
    • Moules zébrées

Objectif d'apprentissage 8.7.C : Décrire les activités humaines menant à des changements dans la structure et la dynamique des écosystèmes.

• 8.7.C.1 L'impact humain accélère les changements aux niveaux local et mondial. Ces activités peuvent entraîner des changements dans les écosystèmes, tels que ceux ci-dessous, provoquant des extinctions :
  • i. Biomagnification
  • ii. Eutrophisation
  • Exemples illustratifs pour 8.7.C.1 :
    • Maladie de l'orme néerlandais
    • Mildiou de la pomme de terre

Objectif d'apprentissage 8.7.D : Expliquer comment l'activité géologique et météorologique conduit à des changements dans la structure et la dynamique des écosystèmes.

• 8.7.D.1 Les événements géologiques et météorologiques affectent le changement d'habitat et la distribution des écosystèmes. Les études biogéographiques illustrent ces changements.
  • Exemples illustratifs pour 8.7.D.1 :
    • Changement climatique global
    • Exploitation forestière
    • Urbanisation
    • Monoculture
    • El Niño
    • Dérive continentale
    • Impact de météorite sur les dinosaures