Relation prédateur-proie

Définition

La relation prédateur-proie, ou rarement la relation proie-prédateur, décrit l'interaction dynamique entre les populations de prédateurs et de proies pendant de longues périodes. C'est un modèle simplifié d'une section des réseaux alimentaires qui sont analysés dans le domaine biologique de l'écologie.

Des relations prédateurs-proies en équation :

Les fluctuations de population chez les prédateurs et les proies selon le modèle de Lotka-Volterra. Il est typique que la courbe du prédateur (brun rougeâtre) suive la courbe de la proie.

Explications

Les relations prédateurs-proies peuvent être représentées mathématiquement et peuvent être utilisées dans une mesure limitée pour prédire les tendances démographiques futures. Le modèle mathématique dépend des équations de Lotka-Volterra.

Démarcation

Les relations prédateurs-proies représentent une section d'un réseau trophique de la pyramide écologique qui fait l'objet de recherches dans le domaine de l'écologie. Le terme technique du prédateur dans un sens plus large comprend non seulement les vrais prédateurs mais aussi les parasites et les parasitoïdes et les éleveurs dans leur fonction de consommateurs de nourriture végétale. Les modèles décrits ci-dessous peuvent être appliqués aux quatre cas. D'autre part, le modèle ne peut pas examiner les tendances des populations d'espèces qui se nourrissent de matière organique morte, car les changements de population dans les charognards, les détritivores et les destructeurs (décomposeurs, ravageurs) ne devraient pas redimensionner les populations de proies.

Dans la nature, il existe de nombreux modèles complexes de réaction dans les relations entre prédateurs et proies, leur explication étant un champ essentiel et central de la théorie écologique. En raison de la diversité des relations, il est difficile de transférer d'un système à un autre. Dans certains cas, un prédateur décime une population de proies pour une fraction de sa densité non influencée, dans d'autres cas, l'influence d'un prédateur sur une population de proies est à peine détectable. Il est important, d'une part, de savoir si un prédateur se spécialise dans une espèce de proie particulière, ou s'il s'agit d'un généraliste avec de nombreuses espèces proies équivalentes. Entre ces deux extrêmes existe un large éventail de cas de préférences différentes. D'un autre côté, les impacts d'autres espèces et les interactions avec les facteurs environnementaux sont toujours importants.

Les systèmes dans lesquels le prédateur régule la densité de ses proies ou dans lesquels la densité des deux est soumise à des fluctuations cycliques sont particulièrement intéressants pour l'analyse écologique. En règle générale, de nombreux autres facteurs tels que l'approvisionnement alimentaire, le climat, la compétition entre les habitats, les pathogènes, les parasites, le stress et d'autres prédateurs (microprédateurs, superprédateurs) influent également sur la taille des populations (voir aussi la dynamique des populations).

Afin de présenter et d'étudier les propriétés dynamiques générales des relations prédateurs-proies, différents modèles mathématiques ont été développés en biologie théorique. Le plus simple et le plus connu est le modèle Lotka-Volterra. Il est basé sur le travail du mathématicien autrichien Alfred J. Lotka et du physicien et mathématicien italien Vito Volterra, qui formulèrent indépendamment les équations de Lotka-Volterra nommées d'après eux en 1925 et 1926. Ce sont des équations différentielles mathématiques dans lesquelles l'aspect quantitatif du développement de la population en fonction du temps a été présenté pour la première fois. Ils sont basés sur l'équation logistique. Les applications biologiques de ces équations sont connues aujourd'hui sous le nom de la première, deuxième et troisième règle Lotka-Volterra avec un principe de sélection.

Une simulation informatique démontrant la relation prédateur-proie est la simulation Wator d'Alexander K. Dewdney et David Wiseman.

Le modèle Lotka-Volterra

Dans le modèle Lotka-Volterra, les prédateurs et les proies montrent des fluctuations de fréquence couplées. Un approvisionnement abondant en nourriture ou en proie permet aux voleurs d'élever beaucoup de progéniture de sorte que la population de prédateurs se développe. La plus grande densité de population des prédateurs conduit à un appauvrissement de la population de proies et donc à un manque d'approvisionnement alimentaire pour les prédateurs, de sorte que peu ou pas de jeunes animaux peuvent être élevés et affamer les prédateurs adultes faibles. Ce déclin de la population de prédateurs permet maintenant à la population de proies de se rétablir et le cours périodique recommence.

Le modèle, cependant, est ce qu'on appelle des cycles stables neutres. Cela signifie : les cycles sont produits sans influences externes, la longueur du cycle résulte du choix des variables (sans temporisation), sans perturbation externe, ces cycles se poursuivraient pour toujours sans aucune déviation. Mais les cycles réellement observables dans les systèmes naturels ne peuvent généralement pas exister à cause de ce mécanisme, en raison des variations inévitables et toujours agissantes des variables environnementales, les populations soumises à la dynamique du modèle fluctueraient en réalité de façon acyclique et erratique. Les populations dont les variations ne peuvent être expliquées que par le modèle sont peu susceptibles d'exister. Néanmoins, le modèle est utile en première approximation pour expliquer les variations de densité de population couplées.

Le cas le plus connu, dans lequel des cycles couplés et retardés pour la population d'un prédateur et sa proie ont été observés dans la nature, sont les cycles du lièvre d'Amérique Lepus americanus et de son prédateur, le lynx Lynx canadensis. Les espèces montrent sur une vaste zone (une grande partie du nord de l'Amérique du Nord, de l'Alaska à Terre-Neuve) un cycle d'environ dix ans de longueur (effectivement observé : 9–11 ans). Cet exemple a même été adopté dans les manuels. A l'origine interprété comme un exemple particulièrement frappant d'une oscillation du type Lotka-Volterra, selon des études récentes, les conditions ici sont beaucoup plus compliquées. Les populations de grands lapins semblent s'effondrer principalement en raison du manque de nourriture. Cependant, la nourriture ne se fait pas rare ici (les lapins ne mangent pas leur habitat), mais la bonne nourriture avec la valeur nutritive élevée. Les plantes broutées peuvent former des poisons de pâturage (toxines) pendant le pâturage intensif, ce qui les rend moins comestibles pour les lapins. Ils ne forment ces toxines (énergétiquement chères) que lorsqu'une forte pression d'alimentation existe. L'interaction du lièvre d'Amérique "prédateur" et de sa "proie" à base de plantes semble être le moteur du cycle. Le lynx ne suit donc que passivement. Cet exemple (qui en aucun cas n'a été éclairci jusque dans les moindres détails) montre clairement qu'il faut se méfier des explications simples des faits complexes, même s'ils semblent bien cadrer dans le modèle utilisé pour l'explication.

Autres modèles

Les recherches menées par le zoologiste et écologiste américain Paul Errington (1946) sur la relation prédateur-proie entre les rats musqués et les visons montrent un comportement complètement différent. Bien que le vison d'Amérique Neovison vison (ex-Mustela vison) soit le principal prédateur du rat musqué Ondatra zibethicus, la taille de la population de rat musqué est moins affectée par le nombre de ses prédateurs que par la densité de peuplement du territoire. Les animaux particulièrement errants sans territoire ou les animaux blessés deviennent la proie du Vison.

Un rat musqué :

Le nombre de rats musqués n'est pas déterminé par le nombre de prédateurs, mais par un phénomène lié à la densité.

Il est donc préférable de tuer les individus qui auraient eu la plus faible probabilité de survie de toute façon. La taille de la population de proies dans ce cas est donc limitée par le prédateur de l'éco-facteur (facteur écologique) à une densité régulée, qui est déterminée par les éco-facteurs alimentaires et l'espace pour la construction. Des cas comparables ont été trouvés très fréquemment dans d'autres études.

Équilibres prédateurs-proies

Les populations prédatrices-proies tendent à montrer un comportement chaotique dans des limites où la taille des populations change de manière aléatoire, mais obéit en fait à des lois déterministes basées uniquement sur la relation entre une population et sa source de nourriture illustrée par l'équation de Lotka-Volterra.

Un exemple expérimental de ceci a été montré dans une étude de huit ans sur de petites créatures de la mer Baltique telles que le plancton, qui ont été isolées du reste de l'océan. Chaque membre de la chaîne alimentaire a été montré à tour de rôle multiplier et diminuer, même si les scientifiques ont gardé les conditions extérieures constantes. Un article dans la revue Nature a déclaré : "Les techniques mathématiques avancées ont prouvé la présence indiscutable du chaos dans ce réseau trophique... une prédiction à court terme est possible, mais la prédiction à long terme ne l'est pas".

Il existe obligatoirement un équilibre prédateurs-proies, sinon les proies disparaîtraient, et les prédateurs ensuite, menant à la fin du réseau trophique de la chaîne alimentaire. C'est le principe de l'équilibre de la nature avec des règles de sélection naturelle.

La dépendance proie-prédateur

Nous étudions ici une relation bien connue en aquariologie marine, la relation entre les anémones de mer du genre Aiptasia (les proies) et les nudibranches du genre Berghia (les prédateurs). Plusieurs points d'interrogation sont générés, déjà mis en évidence par Eric Borneman en 1998 : certains spécimens de Berghia sont-ils vraiment capables d'éradiquer un fléau d'anémones de verre dans un aquarium récifal ? Et si oui, qu'arrive-t-il seulement des nudibranches ?

Dans ce cas, nous devons simplement faire face à une sorte de dépendance proie-prédateur : la population de nudibranches se développe tandis que les proies (anémones de verre) diminuent. En fin de compte, la grande population de Berghia n'est plus capable de se maintenir, s'effondrant, tandis que l'anémone ira mieux. Il s'agit en effet d'une dépendance réciproque, qui dans la nature se retrouvera dans d'innombrables cas,et ce cas particulier détermine le fait que la population de spécimens de Berghia ne pourra pas prospérer dans un aquarium récifal sans intervention de l'aquariophile.Dans un premier temps, un grand nombre de proies (Aiptasia) seront disponibles, suivies par de nombreux prédateurs (Berghia). Par la suite, une récession des proies sera mise en évidence, suivie d'une réduction de la population de prédateurs. Au contraire de ce qui se passe dans la nature, on ne peut être certain que, dans un système fermé comme un aquarium, de nombreux spécimens de Berghia pourraient survivre ou que d'autres pourraient venir de l'extérieur, pour exploiter la population d 'anémones de verre renforcé.

Par conséquent, il faut insister sur l 'importance de conserver dans un site séparé un "couple de spécimens reproducteurs" de ces nudibranches, même si l'intention était de contrôler occasionnellement l'accroissement de la population d'anémones de verre et de ne pas nourrir les nudibranches au préalable de manière ciblée. Sinon, dans tous les cas de nécessité, il faudra trouver les animaux dans le commerce, une éventualité assez coûteuse.

En rapport avec "relation prédateur-proie"

• prédateur

  

  Un prédateur est un organisme carnivore qui obtient la nourriture essentielle à son existence aux dépens d'autres espèces, qu'il tue et consomme.

• proie

  

  Une proie désigne un animal chassé et mangé par un prédateur pour son régime alimentaire zoophage.

• coefficient de corrélation

  

  Le coefficient de corrélation consiste en une valeur de la mesure de l'interdépendance de deux variables aléatoires.

• coefficient de corrélation multiple

  

  Le coefficient de corrélation multiple correspond au coefficient de corrélation entre les valeurs réelles de la variable aléatoire dépendante et les valeurs...