Le monde vivant : Biodiversité

La biodiversité 生物多样性 est la variété de la vie, mesurée à trois niveaux :

• Diversité génétique – variété des gènes au sein d'une espèce. Plus de variabilité génétique signifie qu'une population peut mieux répondre aux facteurs de stress environnemental 环境压力 ; un goulot d'étranglement de population 种群瓶颈 (une chute brutale du nombre) jette cette variété au rebut et laisse les survivants vulnérables.
• Diversité des espèces – le nombre d'espèces (richesse spécifique 物种丰富度) et la régularité avec laquelle les individus sont répartis parmi elles.
• Diversité des habitats – la variété des habitats dans une région.

Les écosystèmes riches en espèces sont plus résilients 有韧性的 : ils se remettent plus facilement des perturbations, car des espèces variées peuvent remplir des rôles lorsque les conditions changent. La perte d'habitats élimine les espèces selon un ordre prévisible – les espèces spécialisées 特化 (besoins étroits) disparaissent en premier, puis les espèces ** généralistes** 广适性 plus robustes, et les espèces nécessitant de grands territoires déclinent alors que leur aire se réduit.

*Biodiversité a trois niveaux : génétique, spécifique et habitat

*Un récif corallien : haute biodiversité concentrant espèces et services écosystémiques dans une petite zone

Les services écosystémiques 生态系统服务 sont les avantages gratuits que la nature offre aux humains, classés en quatre catégories :

• Approvisionnement – produits : aliments, eau douce, bois, fibres.
• Régulation – processus maintenant la stabilité des conditions : régulation du climat, filtration de l'eau, pollinisation, contrôle des inondations.
• Culturel – valeur immatérielle : loisirs, beauté, valeur spirituelle et éducative.
• Soutien – les services rendant les autres possibles : cycle des nutriments, formation des sols, photosynthèse.

Les activités anthropiques 人为的 (causées par l'homme) peuvent perturber ces services, avec des coûts économiques et écologiques réels – par exemple, la perte des pollinisateurs force les agriculteurs à payer pour la pollinisation que les abeilles faisaient autrefois gratuitement.

*Biogéographie insulaire

La biogéographie insulaire 岛屿生物地理学研究一个岛屿（或任何孤立的栖息地斑块）能容纳多少物种。这个数量在两个速率之间达到平衡：

• Immigration de nouvelles espèces – plus élevée pour les îles proches du continent.
• Extinction des espèces locales – plus faible sur les îles plus grandes.

Ainsi, les grandes îles proches contiennent le plus d'espèces ; les petites îles isolées, le moins. L'isolement favorise également l'évolution : les espèces insulaires deviennent souvent des spécialistes car les ressources sont limitées, et beaucoup sont endémiques 特有 – on ne les trouve nulle part ailleurs. Cela les rend fragiles. Lorsqu'une espèce invasive 入侵物种 (généralement un généraliste robuste) arrive, elle peut surpasser les spécialistes, qui n'ont nulle part ailleurs où aller.

Chaque espèce possède une tolérance 耐受范围 – la gamme de conditions (température, salinité, pH, lumière) qu'elle peut supporter. Au centre se trouve une zone optimale 最适范围 où les individus prospèrent ; vers les extrémités, des zones de stress 胁迫区 où ils survivent mais ont du mal à croître ou se reproduire ; au-delà des limites, ils meurent. La tolérance écologique 生态耐受性 s'applique tant à un individu unique qu'à une espèce entière, et elle détermine où un organisme peut vivre et comment il fait face aux changements.

Les événements naturels perturbent les écosystèmes à toutes les échelles de temps, et un seul événement naturel peut rivaliser avec ou dépasser un événement d'origine humaine. Les processus terrestres présentent trois modèles temporels :

• Périodique 周期性 – cycles réguliers (saisons, marées).
• Épisodique 偶发性 – événements occasionnels et irréguliers (incendies, inondations, éruptions volcaniques).
• Aléatoire 随机 – sans schéma (chute d'un météore).

Au cours du temps géologique, le climat de la Terre a changé pour de nombreuses raisons, et le niveau de la mer a augmenté et diminué avec la quantité de glace glaciaire – chaque changement remodelant d'importants pans d'habitats. La faune réagit par la migration 迁徙, se déplaçant sur de courtes ou longues distances pour suivre les conditions.

Une adaptation 适应 est un trait héréditaire qui améliore la survie et la reproduction dans un environnement. Les adaptations émergent par sélection naturelle 自然选择 – un changement génétique incrémental s'accumulant au fil des générations, et non au sein d'une seule vie. Lorsque l'environnement change, les individus doivent modifier leur comportement, migrer ou mourir ; si le changement survient plus vite qu'une population ne peut s'adapter, elle décline. Une perturbation périodique comme le feu fait souvent partie d'un cycle sain, et de nombreuses espèces y sont adaptées à lui (certains cônes de pin n'ouvrent qu'à la chaleur d'un incendie).

La succession écologique 生态演替 est le changement progressif et ordonné d'une communauté au fil du temps :

• La succession primaire 初级演替 commence sur une roche nue sans solution – après le retrait d'un glacier ou le refroidissement de la lave. Les espèces pionnières 先锋物种 telles que les lichens 地衣 arrivent en premier et construisent lentement le sol. C'est lent.

• La succession secondaire 次级演ivet suit une perturbation laissant le sol intact – après un incendie ou une exploitation agricole abandonnée – ce qui la rend beaucoup plus rapide.

La succession tend vers une communauté climax 顶极群落 relativement stable. Deux rôles particuliers façonnent une communauté de manière disproportionnée par rapport à leurs effectifs : une espèce clé 关键种, dont les activités maintiennent la structure de la communauté ensemble (si on l'enlève, la communauté s'effondre – les loutres de mer maintenant les oursins sous contrôle), et une espèce indicatrice 指示物种, dont la présence ou la santé signale l'état de tout l'écosystème (les lichens disparaissent lorsque l'air est pollué).

Exemple résolu. Un étang contient 3 espèces de poissons avec 5, 3 et 2 individus ($N=10$). Indice de diversité de Simpson $=1-\sum\left(\tfrac{n}{N}\right)^2 = 1-\left[(0.5)^2+(0.3)^2+(0.2)^2\right] = 1-0.38 = 0.62$. Une valeur proche de 1 signifie une forte diversité ; proche de 0 signifie qu'une espèce domine. Ajouter une quatrième espèce de taille égale pousserait l'indice plus haut.

• Décrire la biodiversité à trois niveaux : génétique, espèce et habitat, et relier une diversité plus élevée à une résilience accrue.
• Les espèces spécialistes (besoins restreints) sont plus vulnérables que les généralistes lorsqu'un habitat change.
• Distuer la succession primaire (roche nue, pas de sol, lente) de la secondaire (sol intact, plus rapide).
• Expliquer une espèce clé (effet démesuré) et une espèce indicatrice (signale la santé de l'écosystème).
• Nommer les quatre services écosystémiques (provisionnement, régulation, culturel, soutien) avec des exemples.