Compétition interspécifique : Lotka-Volterra et exclusion

Écologie & évolution · Bachelor 2

Équations de Lotka-Volterra, isoclines, principe de Gause et coexistence par partage de niche.

Introduction

La compétition interspécifique survient lorsque deux espèces utilisent une même ressource limitée, ce qui réduit la croissance, la survie ou la reproduction de chacune. Gause (1934), avec des cultures de paramécies, a montré que deux espèces écologiquement identiques ne peuvent coexister indéfiniment : l'une exclut l'autre (principe d'exclusion compétitive).

Les équations de Lotka-Volterra étendent le modèle logistique : dN1/dt = r1N1(1 - (N1 + α12N2)/K1), où α12 est l'effet d'une unité de l'espèce 2 sur l'espèce 1 rapporté à l'effet d'une unité de l'espèce 1. L'analyse des isoclines à croissance nulle montre quatre issues : exclusion de l'une, exclusion de l'autre, équilibre stable de coexistence si chaque espèce limite davantage sa propre croissance que celle de l'autre, ou équilibre instable. Dans la nature, le partage de niche (par exemple les mésanges de nos forêts, qui exploitent différentes strates) rend la coexistence possible.

Objectifs d'apprentissage

Écrire les équations de Lotka-Volterra pour deux espèces compétitrices
Tracer et interpréter les isoclines
Énoncer la condition de coexistence stable
Expliquer le principe de Gause et ses limites
Donner des exemples de partage de niche et de déplacement de caractères

Concepts clés

Coefficient de compétition α: α12 mesure l'effet de l'espèce 2 sur l'espèce 1 en équivalents d'individus de l'espèce 1 ; α = 1 signifie un effet identique à celui d'un congénère.
Isoclines: Droites où dN/dt = 0 pour chaque espèce ; leur position relative détermine le résultat de la compétition.
Condition de coexistence: Coexistence stable si K1 > K2·α12 et K2 > K1·α21 ; la compétition intraspécifique doit dominer l'interspécifique.
Partage de niche: Différences de ressources, de microhabitats ou de moments d'exploitation qui réduisent le recouvrement des niches.

Conclusion

Les équations de Lotka-Volterra traduisent mathématiquement l'idée de Gause et expliquent quand la coexistence est possible. Elles ont inspiré la théorie moderne de la coexistence (Chesson).

En pratique, la compétition façonne la composition des communautés et explique l'impact d'espèces invasives, comme la coccinelle asiatique, sur les espèces indigènes suisses.

Cartes

Qu'est-ce que la compétition interspécifique ?: Interaction entre espèces utilisant une même ressource limitée, ayant un effet négatif réciproque.
Énoncer le principe d'exclusion compétitive.: Deux espèces dont les niches sont identiques ne peuvent coexister indéfiniment dans un milieu stable : la plus compétitive élimine l'autre.
Quelle expérience illustre ce principe ?: Les cultures de Paramecium aurelia et P. caudatum de Gause : P. aurelia a éliminé P. caudatum en milieu commun.
Écrire dN1/dt dans le modèle de Lotka-Volterra.: dN1/dt = r1N1[(K1 - N1 - α12N2)/K1].
Que représente une isocline ?: L'ensemble des effectifs pour lesquels la croissance d'une espèce est nulle.
Quelle est la condition de coexistence stable ?: K1 > α12K2 et K2 > α21K1, soit une compétition intraspécifique plus forte que l'interspécifique.
Qu'est-ce qu'un déplacement de caractères ?: Divergence de traits (ex. bec) entre espèces en sympatrie par rapport à l'allopatrie, réduisant la compétition.
Donner un exemple de partage de niche.: Les mésanges bleues, noires et charbonnières se nourrissent à différentes hauteurs et dans différents types d'arbres ; ou les pinsons de Darwin.
Quelle différence entre compétition d'exploitation et d'interférence ?: Exploitation : consommation de la ressource commune ; interférence : interaction directe (agression, allélopathie).

Glossaire

Exclusion compétitive: Élimination locale d'une espèce par une autre plus efficace dans l'usage de la ressource.
Compétition intraspécifique: Compétition entre individus de la même espèce.
Allélopathie: Inhibition d'une espèce par des composés chimiques émis par une autre.
Niche réalisée: Partie de la niche fondamentale occupée en présence de compétiteurs.
Espèce compétitrice supérieure: Espèce qui, à ressource limitante égale, maintient la plus faible densité de ressource à l'équilibre (règle R*).
Sympatrie: Cohabitation de deux espèces dans une même zone.