La biogéographie est l’étude de la distribution des organismes dans l’espace géographique et des processus qui façonnent ces distributions. D’une manière générale, la théorie de la biogéographie stipule que toute espèce présente dans un endroit spécifique y a évolué ou s’y est déplacée à partir d’un endroit différent. Si c’est le cas, lorsque ces colonisateurs arrivent à leur nouvel emplacement, les caractéristiques de l’environnement comme la disponibilité de la nourriture et les interactions avec d’autres espèces décideront s’ils établissent une nouvelle population ou s’ils périssent.
La théorie de la biogéographie insulaire a été formulée en 1967 par Edward O. Wilson et Robert MacArthur. Il est basé sur l'hypothèse que le nombre d'espèces sur un site donné est déterminé par les taux de colonisation et d'extinction. La théorie est appelée biogéographie insulaire, car elle a d’abord été utilisée pour expliquer les variations d’un certain nombre d’espèces sur les îles océaniques. Mais la théorie de la biogéographie insulaire peut également être appliquée à la distribution des espèces urbaines dans de nombreux autres types d’habitats non continus, tels que les forêts fragmentées par l’agriculture.
L’une des principales prédictions de la théorie de la biogéographie insulaire est que les îles les plus proches du continent auront un taux de colonisation plus élevé que les îles plus éloignées. C’est tout à fait logique. Si une île est éloignée du continent, il est difficile pour les organismes de s'y rendre physiquement. Deuxièmement, les grandes îles seront généralement en mesure d’abriter plus d’espèces que les petites îles. De plus, avec l’augmentation de la taille des îles, le risque d’extinction d’une espèce diminuerait, car des îles plus grandes peuvent supporter des populations plus grandes et plus robustes de n’importe quelle espèce individuelle, comme cette colonie de lapins en plein essor. D’autre part, le taux d’extinction augmente à mesure que de plus en plus d’espèces distinctes coexistent sur une île, et en termes de statistiques, c’est simplement parce qu’il y a plus de possibilités que des événements d’extinction se produisent. D’un point de vue écologique, le fait qu’un plus grand nombre d’espèces habitent la même île augmente également les risques d’interactions antagonistes, comme les interactions prédateur-proie ou les combats de territoire. De plus, à mesure que de plus en plus d’espèces habitent l’île, le taux de colonisation diminue, car il y a moins de ressources pour tout le monde et un espace de niche est occupé, de sorte que les nouveaux arrivants sont moins susceptibles de pouvoir s’établir.
Dans l’ensemble, la théorie de la biogéographie insulaire prédit qu’il y aura un équilibre dynamique sur une île donnée - ce qui signifie que le nombre d’espèces devrait rester stable au point où les taux de colonisation et d’extinction se rencontrent. Notez que cela signifie également que la composition des espèces sur l’île peut encore changer à mesure que certaines espèces disparaissent et que de nouveaux immigrants s’établissent. De plus, les valeurs réelles à l’équilibre seront toujours spécifiques aux caractéristiques de chaque île, telles que sa taille ou sa proximité avec le continent.
Dans ce laboratoire, vous testerez la théorie de la biogéographie insulaire à travers une simulation avec des îles artificielles de différentes tailles.
Simulation de la colonisation et de l’extinction sur les îles
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Former des groupes de trois. Un membre du groupe simulera la colonisation en lançant des balles dans les groupes de coupes représentant les îles. Un autre simulera l’extinction en lançant des dés pour retirer au hasard des boules des tasses. Le troisième membre du groupe enregistrera les données.
Prenez le temps de vous familiariser avec les quatre stations insulaires. REMARQUE : Il y a deux grandes îles avec 12 tasses et deux petites îles avec 6 tasses. Deux des stations auront des lignes de ruban qui se trouveront à 2 m des gobelets. Ce sont les îles lointaines. Les deux autres stations auront des lignes de ruban qui se trouvent à 1 m des gobelets. Ce sont les îles proches. Ainsi, les stations sont beaucoup plus grandes et presque grandes et très petites et presque petites. HYPOTHÈSES : Dans cette expérience, une autre hypothèse pourrait être que les grandes îles avec plus de coupes abriteront un plus grand nombre d’espèces que les petites îles. L’hypothèse nulle pourrait être que toutes les îles abriteront ce même nombre d’espèces, quelle que soit leur taille. Une autre hypothèse pourrait être que les îles plus proches du continent auront un taux de colonisation plus élevé que les îles plus éloignées du continent. L’hypothèse nulle pourrait être que toutes les îles auront le même taux de colonisation, quelle que soit leur distance du continent. De plus, dans tous les essais, nous pouvons émettre l’hypothèse que le taux de colonisation devrait diminuer à mesure que davantage d’espèces habiteront une île, tandis que le taux d’extinction augmentera à mesure que l’on trouvera plus d’espèces sur l’île. L’hypothèse nulle pourrait être que le taux de colonisation et les taux d’extinction devraient rester les mêmes pour tous les nombres d’espèces de l’île.
Tout d’abord, choisissez l’une des quatre stations comme point de départ.
À partir de la ligne de ruban adhésif à cet endroit, le simulateur de colonisation doit lancer la balle sur l’île et essayer de mettre la balle dans une tasse. REMARQUE : Un tour se compose de cinq lancers, chaque lancer représentant une tentative de colonisation. Si la balle atterrit dans une tasse qui n’en contient pas déjà, il s’agit d’une tentative de colonisation réussie et la balle doit être laissée dans la tasse.
Le collecteur de données doit placer un décompte sur la case des colonisateurs pour la balle dans la feuille d’enregistrement trouvée à la station. Cliquez ici pour télécharger les tableaux 1-4
Si la balle n’atterrit pas dans une tasse, récupérez-la. Il s’agit d’une tentative de colonisation infructueuse.
Si une balle atterrit dans une tasse qui contient déjà une balle, récupérez-la. Il s’agit également d’une tentative de colonisation infructueuse.
Ajoute le nombre d’espèces au début du tour avec le décompte des colonisateurs.
Le collecteur de données doit consigner ce nombre dans la colonne intitulée « Nombre d’espèces après la colonisation » de la feuille d’enregistrement trouvée à la station.
Le simulateur d’extinction devrait maintenant lancer un dé. Si l’essai se déroule sur un grand site insulaire, choisissez l’un des deux dés colorés au hasard, les yeux fermés.
Retirez la bille s’il y en a une présente de la tasse qui est de la même couleur que le dé et étiquetée avec le numéro lancé par ce dé.
Le collecteur de données doit compter la suppression comme une extinction dans la table d’enregistrement de la station. REMARQUE : Dans un essai à la station de la petite île, suivez la même procédure, sauf qu’il n’est nécessaire de faire correspondre que le nombre lancé par la matrice à la tasse. S’il n’y a pas de balle dans la coupe, aucune extinction n’est enregistrée. Pour les grandes et les petites îles, répétez le rouleau d’extinction pour un total de deux rouleaux s’il y a 3 à 8 espèces présentes sur l’île et trois rouleaux s’il y a 9 à 12 espèces sur l’île. S’il y a moins de trois espèces sur l’île, ne lancez pas à nouveau le dé.
C’est la fin d’un tour. Après cela, comptez le nombre total d’espèces actuellement dans les gobelets de cette station, puis comptez ce nombre dans la colonne « Nombre d’espèces au début du tour » sur la feuille d’enregistrement de la station pour le tour suivant.
Les groupes doivent changer de station après cinq tours à une table pour contrôler la capacité de projection des simulateurs de colonisation. Répétez les essais et la rotation à travers les stations jusqu’à ce que 20 tours aient été enregistrés au total pour tous les groupes combinés aux quatre stations.
Comptez les marques de comptage pour le nombre d’espèces au début du tour, les colonisateurs, le nombre total d’espèces après la colonisation et les extinctions pour chaque tour à chaque station insulaire.
Regarde ta feuille d’enregistrement de données. Combien de fois y a-t-il eu zéro espèce au début d’un tour ? Combien de fois n’y a-t-il eu qu’une seule espèce au début d’un tour ? Répétez ce calcul pour les espèces de 0 à 12 présentes au début d’un tour.
Ensuite, comptez ces valeurs dans les lignes correspondantes de la colonne « Rondes avec autant d’espèces » dans le tableau de calcul du taux de colonisation approprié. Cliquez ici pour télécharger les tableaux 5-8
Dans la colonne des tentatives de colonisation, multipliez ces valeurs par cinq pour représenter le nombre total de balles de ping-pong lancées.
Regardez votre feuille d’enregistrement de données une fois de plus et calculez le nombre total de colonisateurs pour chaque valeur dans le nombre d’espèces au début de la colonne ronde.
Enregistrez ces valeurs dans la colonne « Tentatives de colonisation réussies » du tableau de calcul du taux de colonisation approprié.
Divisez les tentatives de colonisation réussies par les tentatives de colonisation pour chaque valeur d’espèce initiale et notez-la dans la colonne « Taux de colonisation » du tableau de calcul du taux de colonisation approprié.
Répétez le processus de détermination du taux de colonisation pour tous les essais de l’île.
Pour calculer le taux d’extinction de chacun des essais, retournez à la feuille d’enregistrement des données de l’essai sur une île presque grande. Comptez le nombre de fois où le nombre d’espèces après la colonisation a correspondu à chaque nombre de 1 à 12, comme décrit précédemment.
Pour calculer les tentatives d’extinction, multipliez la valeur dans les cellules « Rondes avec autant d’espèces » par 1 si la valeur de l’espèce après la colonisation est de 0 à 2, par 2 si la valeur est de 3 à 8, et par 3 si la valeur est de 9 ou plus. REMARQUE : Ces valeurs correspondent au nombre de fois que le dé a été lancé lors de la simulation d’extinction.
Ensuite, à l’aide des données contenues dans la feuille d’enregistrement des données, comptez le nombre d’extinctions qui se sont produites pour chaque valeur dans la colonne « Nombre d’espèces après la colonisation ».
Enregistrez ces valeurs dans la colonne « Extinctions » du tableau de calcul du taux d’extinction approprié.
Enregistrez ces valeurs dans la colonne « Extinctions » du tableau de calcul du taux d’extinction approprié.
Répétez le processus de calcul du taux d’extinction pour tous les essais sur l’île.
Après cela, tracez les taux de colonisation et d’extinction en fonction du nombre d’espèces pour chacune des stations insulaires.
Tracez les lignes les mieux ajustées pour les taux de colonisation et d’extinction dans chacun des quatre graphiques.
Compare le taux de colonisation entre les îles proches et éloignées. Déterminez la distance qui a eu un plus grand équilibre dynamique des espèces et développez une hypothèse pour expliquer votre observation.
Ensuite, comparez les taux d’extinction entre les grandes et les petites îles. Déterminez la taille qui avait un plus grand nombre d’espèces à l’équilibre dynamique.
Observez les pentes des taux de colonisation dans les parcelles. Déterminez s’ils sont positifs ou négatifs.
Observez les pentes des taux d’extinction dans les parcelles. Déterminez s’ils sont positifs ou négatifs.
