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Écologie

AP Biologie · Topic 8 · ⁨Sujet 8⁩

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7:53

Écologie

Ce récif contient plus de formes de vie en un hectare qu'une province entière de terres agricoles. Chaque poisson dépend du corail, et le corail de micro-algues à l'intérieur de lui.…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés⁩

8.1

Responses to the Environment · ⁨Réponses à l'environnement⁩
Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.1.A: Explain how the behavioral and physiological response of an organism is related to changes in internal or external environment.

  • 8.1.A.1 Organisms respond to changes in their environment through behavioral and physiological mechanisms.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific behavioral or physiological mechanisms is beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.A.1:
      • Photoperiodism and phototropism in plants
      • Taxis and kinesis in animals
      • Nocturnal and diurnal activity
  • 8.1.A.2 Organisms exchange information with one another in response to internal changes and external cues, which can change behavior.
    • Illustrative examples for 8.1.A.2:
      • Fight-or-flight response
      • Predator warnings
      • Plant responses to herbivory

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 8.1.B: Explain how the behavioral responses of organisms affect their overall fitness and may contribute to the success of a population.

  • 8.1.B.1 Organisms communicate through various mechanisms (visual, audible, tactile, electrical, and/or chemical signals).
    • i. Organisms have a variety of signaling behaviors that produce changes in the behavior of other organisms and can result in differential reproductive success.
    • ii. Animals use signals to indicate dominance, find food, establish territory, and ensure reproductive success.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific mechanisms of communication is beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.B.1:
      • Territorial marking in mammals
      • Coloration in flowering plants and animals
      • Bird songs
      • Pack behaviors in animals
      • Predatory warnings
  • 8.1.B.2 Responses to information and communication of information are vital to natural selection and evolution.
    • i. Fitness favors innate and learned behaviors that increase survival and reproductive success.
    • ii. Cooperative behavior tends to increase the fitness of the individual and the survival of the population.
    • Exclusion statement: The details of the various communications and community behavioral systems are beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.B.2.i:
      • Parent and offspring interactions
      • Courtship and mating behaviors
      • Foraging by bees and other animals
    • Illustrative examples for 8.1.B.2.ii:
      • Pack behavior in animals
      • Herd, flock, and schooling behavior in animals
      • Predator warnings
      • Colony and swarming behavior in insects
      • Kin selection
Français

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

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Organisms sense and respond to their surroundings in ways that aid survival and reproduction. Behaviors may be innate (inherited, like reflexes and instincts) or learned. Responses such as migration, hibernation, and phototropism, and signals between organisms, are shaped by natural selection because they improve fitness.

The behaviours the CED lists by name

These are the illustrative behaviours an exam question builds its scenario from, so learn what each one is and what it buys the organism:

Behaviour What it is Why it aids fitness
taxis 趋性 movement directed towards or away from a stimulus reaches food, light or moisture, or escapes a hazard
kinesis 动性 a change in the rate of random movement, with no direction keeps the animal in favourable conditions by moving less there and more elsewhere
nocturnal and diurnal activity 夜行性与昼行性 being active at night, or by day avoids predators or heat, and matches activity to when food is available
territorial marking 领域标记 scent, sound or visual marks that claim an area secures food, nesting sites and mates without repeated fighting
coloration 体色 pigmentation in animals and flowering plants warning, camouflage, mate attraction — and in flowers, attracting pollinators
foraging 觅食 by bees and others searching for and collecting food efficient foraging returns more energy than it costs, which is what selection acts on

⚠️ Taxis and kinesis are the pair most often confused. Taxis has a direction: the woodlouse walks towards the damp. Kinesis has only a rate: the woodlouse moves quickly and turns often in dry air and slows down in damp air, so it ends up in the damp without ever steering there.

Life-history strategy 生活史策略 is the pattern of when an organism grows, reproduces and dies, and it too is shaped by selection: a biennial plant stores resources in its first year and flowers in its second; reproductive diapause pauses development until conditions improve, so offspring arrive when they can survive. Both trade the timing of reproduction against the chance that it succeeds.

Français

Les organismes perçoivent et répondent à leur environnement de manières favorisant leur survie et leur reproduction. Les comportements peuvent être innés (héréditaires, comme les réflexes et instincts) ou acquis. Des réponses comme la migration, l'hibernation et le phototropisme, ainsi que les signaux entre organismes, sont façonnées par la sélection naturelle car elles améliorent l'aptitude.

Les tournesols font face à la lumière : les organismes détectent et répondent aux stimuli environnementaux
Tournesols tournés vers la lumière : les organismes détectent et répondent aux stimuli environnementaux

Les comportements cités par le CED par nom

Ce sont les comportements illustratifs dont une question d'examen construit son scénario, alors apprenez ce que chacun est et ce qu'il apporte à l'organisme :

Comportement Ce que c'est Pourquoi cela augmente l'aptitude
taxis 趋性 mouvement dirigé vers ou loin d'un stimulus atteint nourriture, lumière ou humidité, ou échappe à un danger
kinesis 动性 changement de la vitesse de mouvement aléatoire, sans direction maintient l'animal dans des conditions favorables en bougeant moins là et plus ailleurs
activité nocturne et diurne 夜行性与昼行性 être actif la nuit ou le jour échappe aux prédateurs ou à la chaleur, et synchronise l'activité avec la disponibilité des proies
marquage territorial 领域标记 marques odorantes, sonores ou visuelles revendiquant une zone sécurise nourriture, sites de nidification et partenaires sans combats répétés
coloration 体色 pigmentation chez les animaux et plantes à fleurs avertissement, camouflage, attraction des partenaires – et pour les fleurs, attraction des pollinisateurs
collecte de nourriture 觅食 par les abeilles et autres recherche et collecte de nourriture une collecte efficace rapporte plus d'énergie qu'elle ne coûte, c'est ce sur quoi agit la sélection

⚠️ Les taxis et kinesis sont le couple le plus souvent confondu. Le taxis a une direction : le cloporte marche vers l'humide. La kinesis n'a qu'une vitesse : le cloporte bouge vite et tourne souvent dans l'air sec et ralentit dans l'air humide, finissant par atterrir dans l'humide sans jamais diriger son mouvement là-dedans.

Stratégie d'histoire de vie 生活史策略 est le schéma de moment où un organisme grandit, se reproduit et meurt, et elle aussi est modelée par la sélection : une plante biennale stocke ses ressources la première année et fleurit la seconde ; la diapause reproductive pause le développement jusqu'à ce que les conditions s'améliorent, afin que les descendants arrivent quand ils peuvent survivre. Les deux équilibrent le moment de la reproduction contre la chance de réussite.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
taxis/ˈtæksiz/ 趋性 qū xìng
kinesis/kəˈniːsɪs/ 动性 dòng xìng
nocturnal and diurnal activity/nɒkˈtɜːnl ænd ˈdɪɜːnl ækˈtɪvɪti/ 夜行性与昼行性 yè xíng xìng yǔ zhòu xíng xìng
territorial marking/ˌterɪˈtɔːrɪəl ˈmɑːkɪŋ/ 领域标记 lǐng yù biāo jì
coloration/ˌkʌləˈreɪʃn/ 体色 tǐ sè
foraging/ˈfɒrɪdʒɪŋ/ 觅食 mì shí
Life-history strategy/laɪf ˈhɪstəri ˈstrætədʒi/ 生活史策略 shēng huó shǐ cè lüè
ecosystems/ˈiːkəʊsɪstəmz/ 生态系统 shēng tài xì tǒng
producers/prəˈdjuːsəz/ 生产者 shēng chǎn zhě
consumers/kənˈsuːməz/ 消费者 xiāo fèi zhě
food chain/fuːd tʃeɪn/ 食物链 shí wù liàn
trophic level/ˈtrəʊfɪk ˈlevl/ 营养级 yíng yǎng jí
8.2

Energy Flow Through Ecosystems · ⁨Flux d'énergie dans les écosystèmes⁩
Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.2.A: Describe the strategies organisms use to acquire and use energy.

  • 8.2.A.1 Organisms use energy to organize, grow, reproduce, and maintain homeostasis.
    • i. Organisms use different strategies to regulate body temperature and metabolism. Endotherms use thermal energy generated by metabolism to maintain homeostatic body temperatures. Ectotherms lack efficient internal mechanisms for maintaining body temperature, although they may regulate their temperature behaviorally by moving into the sun or shade or by aggregating with other individuals.
    • ii. A net gain in energy results in energy storage, the growth of an organism, and increased reproductive output.
    • iii. A net loss of energy results in loss of mass, a decrease in reproductive output, and, eventually, the death of an organism.
  • 8.2.A.2 Different organisms use various reproductive strategies in response to energy availability. Some organisms alternate between asexual and sexual reproduction in response to energy availability.
    • Illustrative examples for 8.2.A:
      • Seasonal reproduction in animals and plants
      • Life-history strategy (biennial plants, reproductive diapause)

Learning Objective 8.2.B: Explain how energy flows and matter cycles through trophic levels.

  • 8.2.B.1 Ecological levels of organization include populations, communities, ecosystems, and biomes.
  • 8.2.B.2 Energy flows through ecosystems, while matter and nutrients cycle between the environment and organisms via biogeochemical cycles. The cycles are essential for life, and each cycle demonstrates the conservation of matter. The cycles are interdependent.
  • 8.2.B.3 Biogeochemical cycles include abiotic and biotic reservoirs, as well as processes that cycle matter between reservoirs.
  • 8.2.B.4 The hydrologic (water) cycle involves water movement and storage within the hydrosphere. Reservoirs include oceans, surface water, the atmosphere, and living organisms. Processes include evaporation, condensation, precipitation, and transpiration.
  • 8.2.B.5 The carbon cycle involves recycling carbon atoms through Earth's biosphere into organisms as carbohydrates and back into the atmosphere as carbon dioxide $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. At the highest levels of organization, the carbon cycle can be simplified into four parts: photosynthesis, cellular respiration, decomposition, and combustion.
  • 8.2.B.6 The nitrogen cycle involves several steps, including nitrogen fixation, assimilation, ammonification, nitrification, and denitrification. These steps are performed by microorganisms in the soil. The largest reservoir of nitrogen is the atmosphere. In nitrogen fixation, nitrogen gas $\left(\mathrm{N_2}\right)$ is fixed into ammonia $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, which ionizes to ammonium $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ by acquiring hydrogen ions from the soil solution.
  • 8.2.B.7 The phosphorus cycle involves weathering rocks releasing phosphate $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ into soil and groundwater. Producers take in phosphate, which is incorporated into biological molecules; consumers eat producers, transferring phosphate to animals. Phosphorus returns to the soil via decomposition of biomass, or excretion. Phosphate can also be incorporated back into the environment via decomposition of decaying organic matter.

Learning Objective 8.2.C: Explain how changes in energy availability affect populations, communities, and ecosystems.

  • 8.2.C.1 Changes in energy availability can result in changes in population size.
  • 8.2.C.2 Changes in energy availability can result in disruptions to an ecosystem.
    • i. A change in energy resources such as sunlight can affect the number and size of the trophic levels. Trophic levels include producers; primary, secondary, tertiary, and quaternary consumers; and decomposers.
    • ii. A change in the biomass or number of producers in a given geographic area can affect the number and size of other trophic levels.

Learning Objective 8.2.D: Explain how the activities of autotrophs and heterotrophs enable the flow of energy within an ecosystem.

  • 8.2.D.1 Autotrophs capture energy from physical or chemical sources in the environment.
    • i. Photosynthetic organisms capture energy present in sunlight contributing to primary productivity.
    • ii. Chemosynthetic organisms capture energy from small inorganic molecules present in their environment, which can occur in the absence of oxygen.
  • 8.2.D.2 Heterotrophs, which include carnivores, herbivores, omnivores, decomposers, and scavengers, metabolize carbohydrates, lipids, and proteins as sources of energy. Heterotrophs capture the energy present in carbon compounds by consuming organic matter derived from autotrophs incorporating matter into their tissues.
Français

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.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Energy enters most ecosystems 生态系统 as sunlight, is captured by producers 生产者 (photosynthesizers), and passes to consumers 消费者 along a food chain 食物链. Each level is a trophic level 营养级. Only about 10% of energy transfers up each level (the rest is lost as heat), so food chains are short and producers are the most abundant. Energy flows through and is lost, while matter (carbon, nitrogen) cycles.

Worked example. Suppose producers capture $10{,}000\ \text{kcal}$. Applying the $10\%$ rule, primary consumers receive about $1{,}000\ \text{kcal}$, secondary consumers $100\ \text{kcal}$, and tertiary consumers only $10\ \text{kcal}$. Losing $90\%$ as heat at every step is exactly why food chains rarely exceed four or five levels – there is too little energy left to support another.

Français

L'énergie entre dans la plupart des écosystèmes 生态系统 sous forme de lumière solaire, est capturée par les producteurs 生产者 (photosynthétisateurs), et passe aux consommateurs 消费者 le long d'une chaîne alimentaire 食物链. Chaque niveau est un niveau trophique 营养级. Seuls environ 10% de l'énergie transiteront à chaque niveau (le reste est perdu sous forme de chaleur), donc les chaînes alimentaires sont courtes et les producteurs sont les plus abondants. L'énergie circule et est perdue, tandis que la matière (carbone, azote) cycle.

Seulement environ 10% de l'énergie passe au niveau trophique suivant
Seulement environ 10% de l'énergie passe au niveau trophique suivant

Exemple résolu. Supposons que les producteurs capturent $10{,}000\ \text{kcal}$. En appliquant la règle des $10\%$%, les consommateurs primaires reçoivent environ $1{,}000\ \text{kcal}$, les secondaires $100\ \text{kcal}$, et les tertiaires seulement $10\ \text{kcal}$. Perdre $90\%$ sous forme de chaleur à chaque étape explique exactement pourquoi les chaînes alimentaires dépassent rarement quatre ou cinq niveaux – il reste trop peu d'énergie pour en soutenir une autre.

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Énergie dans une chaîne alimentaire

Seulement environ 10 % de l'énergie passe au niveau trophique suivant ; le reste est perdu sous forme de chaleur. C'est pourquoi les chaînes alimentaires sont courtes et les prédateurs supérieurs rares.

8.3

Population Ecology · ⁨Écologie des populations⁩
Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 8.3.A: Describe factors that influence growth dynamics of populations.

  • 8.3.A.1 Populations comprise individual organisms of the same species that interact with one another and with the environment in complex ways.
  • 8.3.A.2 Many adaptations in organisms are related to obtaining and using energy and matter in a particular environment.
    • i. Population growth dynamics depend on birth rate, death rate, and population size.
      • Equation: Population Growth — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ where $dt$ = chage in time; $B$ = birth rate; $D$ = death rate; $N$ = population size; $dN$ = change in population size
    • ii. Reproduction without constraints results in the exponential growth of a population.
      • Equation: Exponential Growth — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ where $dt$ = change in time; $N$ = population size; $dN$ = change in population size; $r_{max}$ = maximum per capita growth rate of population
Français

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

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

A population 种群 is the individuals of one species in an area. Its growth depends on birth, death, immigration, and emigration. Exponential growth 指数增长 ($J$-shaped) happens with unlimited resources; logistic growth 逻辑斯蒂增长 ($S$-shaped) levels off at the carrying capacity 环境容纳量 $K$ – the maximum the environment can sustain – following $\dfrac{dN}{dt}=r_{\max}N\dfrac{K-N}{K}$.

Worked example. A population has $r_{\max}=0.5\ \text{yr}^{-1}$, carrying capacity $K=1000$, and current size $N=400$. Then $\dfrac{dN}{dt}=0.5\times400\times\dfrac{1000-400}{1000}=0.5\times400\times0.6=120$ individuals per year. The $\frac{K-N}{K}$ term is why growth is fastest near $N=K/2$ and slows toward zero as $N$ approaches $K$.

Français

Une population 种群 est l'ensemble des individus d'une espèce dans une zone. Sa croissance dépend de la naissance, de la mortalité, de l'immigration et de l'émigration. La croissance exponentielle 指数增长 (en forme de $J$) se produit avec des ressources illimitées ; la croissance logistique 逻辑斯蒂增长 (en forme de $S$) s'aplatit à la capacité de charge 环境容纳量 $K$ – le maximum que l'environnement peut soutenir – selon $\dfrac{dN}{dt}=r_{\max}N\dfrac{K-N}{K}$.

Croissance démographique : phase lente, exponentielle, puis stabilisation à la capacité de charge
Croissance des populations : phase lag, exponentielle, puis aplatissement à la capacité de charge

Exemple résolu. Une population a $r_{\max}=0.5\ \text{yr}^{-1}$, capacité de charge $K=1000$, et taille actuelle $N=400$. Alors $\dfrac{dN}{dt}=0.5\times400\times\dfrac{1000-400}{1000}=0.5\times400\times0.6=120$ individus par an. Le terme $\frac{K-N}{K}$ explique pourquoi la croissance est maximale près de $N=K/2$ et ralentit vers zéro quand $N$ approche $K$.

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Faire croître une population jusqu'à la capacité de charge

Une population croît rapidement lorsqu'elle est petite, puis ralentit à mesure qu'elle approche de sa capacité de charge $K$ — croissance logistique. Augmentez le taux de croissance et observez-le se stabiliser.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
population/ˌpɒpjʊˈleɪʃn/ 种群 zhǒng qún
Exponential growth/ˌekspəˈnenʃl ɡrəʊθ/ 指数增长 zhǐ shù zēng zhǎng
logistic growth/ləˈdʒɪstɪk ɡrəʊθ/ 逻辑斯蒂增长 luó jí sī dì zēng zhǎng
carrying capacity/ˈkæriɪŋ kəˈpæsɪti/ 环境容纳量 huán jìng róng nà liàng
Density-dependent/ˈdensɪti dɪˈpendənt/ 密度制约 mì dù zhì yuē
Density-independent/ˈdensɪti ˌɪndɪˈpendənt/ 非密度制约 fēi mì dù zhì yuē
community/kəˈmjuːnɪti/ 群落 qún luò
competition/ˌkɒmpəˈtɪʃn/ 竞争 jìng zhēng
predation/prɪˈdeɪʃn/ 捕食 bǔ shí
symbiosis/ˌsɪmbaɪˈəʊsɪs/ 共生 gòng shēng
8.4

Effect of Density on Populations · ⁨Effet de la densité sur les populations⁩
Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.4.A: Explain how the density of a population affects and is determined by resource availability in the environment.

  • 8.4.A.1 Carrying capacity is the sustainable abundance of a species that can be supported by the ecosystem's total available resources.
  • 8.4.A.2 As limits to growth attributable to density-dependent and density-independent factors are imposed, a logistic growth model typically ensues.
    • Equation: Logistical Growth — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ where $dt$ = change in time; $N$ = population size; $dN$ = change in population size; $r_{max}$ = maximum per capita growth rate of population; $K$ = carrying capacity
Français

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

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Some factors depend on crowding, others do not:

  • Density-dependent 密度制约 factors intensify as a population grows – competition, predation, disease.
  • Density-independent 非密度制约 factors act regardless of density – weather, natural disasters.

These factors regulate population size around the carrying capacity.

Français

Certains facteurs dépendent de la densité, d'autres non :

  • Les facteurs dépendants de la densité 密度制约 s'intensifient à mesure qu'une population grandit – compétition, prédation, maladie.
  • Les facteurs indépendants de la densité 非密度制约 agissent quelle que soit la densité – météo, catastrophes naturelles.

Ces facteurs régulent la taille de la population autour de la capacité de charge.

Un troupeau dense de cerfs : les facteurs dépendants de la densité, tels que les maladies et la compétition pour la nourriture, s'intensifient lorsque les effectifs augmentent
Un troupeau dense de cerfs : les facteurs dépendants de la densité, tels que les maladies et la compétition pour la nourriture, s'intensifient lorsque les effectifs augmentent
8.5

Community Ecology · ⁨Écologie des communautés⁩
Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.5.A: Describe the structure of a community according to its species composition and diversity.

  • 8.5.A.1 The structure of a community is measured and described in terms of species composition and species diversity.
    • Equation: Simpson's Diversity Index — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ where $n$ = total number of organisms of a particular species; $N$ = total number of organisms of all species

Learning Objective 8.5.B: Explain how interactions within and among populations influence community structure.

  • 8.5.B.1 Communities are groups of interacting populations of different species that change over time based on the interactions between those populations.
  • 8.5.B.2 Interactions among populations determine how they access energy and matter within a community.
  • 8.5.B.3 Relationships among interacting populations can be characterized by positive and negative effects and can be modeled. Examples include predator/prey interactions, cooperation, trophic cascades, and niche partitioning.
  • 8.5.B.4 Competition, predation, and symbioses, including parasitism, mutualism, and commensalism, can drive population dynamics.
Français

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.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

A community 群落 is all the interacting populations in an area. Key interactions: competition 竞争 (for shared resources), predation 捕食, symbiosis 共生 – mutualism (both benefit), commensalism (one benefits, other unaffected), and parasitism (one benefits, other harmed). These relationships shape which species coexist.

Français
Poisson-clown parmi les tentacules de l'anémone de mer — un mutualisme classique
Des poissons-clowns parmi les tentacules d'anémones de mer — un mutualisme classique de manuel

Une communauté 群落 est l'ensemble des populations interagissant dans une zone. Interactions clés : compétition 竞争 (pour des ressources partagées), prédation 捕食, symbiose 共生 – mutualisme (les deux bénéficient), commensalisme (l'un bénéficie, l'autre n'est pas affecté) et parasitisme (l'un bénéficie, l'autre est nuisé). Ces relations déterminent quelles espèces coexistent.

Un réseau alimentaire relie plusieurs chaînes alimentaires ensemble
Un réseau trophique relie plusieurs chaînes alimentaires entre elles
8.6

Biodiversity · ⁨Biodiversité⁩
Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.6.A: Describe the relationship between ecosystem diversity and its resilience to changes in the environment.

  • 8.6.A.1 Natural and artificial ecosystems with fewer component parts, and with little diversity among the parts, are often less resilient to changes in the environment.
  • 8.6.A.2 Keystone species, producers, and essential abiotic and biotic factors contribute to maintaining the diversity of an ecosystem.

Learning Objective 8.6.B: Explain how the addition or removal of any component of an ecosystem will affect its overall short-term and long-term structure.

  • 8.6.B.1 The effects of keystone species on the ecosystem are disproportionate relative to their abundance in the ecosystem. When they are removed from the ecosystem, it often collapses.
Français

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.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Biodiversity 生物多样性 is the variety of life – genes, species, and ecosystems. Higher diversity generally makes a community more resilient 有韧性, better able to withstand and recover from disturbance. A keystone species 关键种 has an outsized effect, so losing it can collapse the community.

Français
Émergence de récif corallien : haute biodiversité dans un écosystème marin productif
Émergence récifale corallienne : haute biodiversité dans un écosystème marin productif

La biodiversité 生物多样性 est la variété du vivant – gènes, espèces et écosystèmes. Une diversité plus élevée rend généralement une communauté plus résiliente 有韧性, mieux capable de résister aux perturbations et d'en récupérer. Une espèce clé 关键种 a un effet disproportionné ; sa perte peut entraîner l'effondrement de la communauté.

Biodiversité à trois niveaux : génétique, espèces et habitat
Biodiversité à trois niveaux : génétique, espèce et habitat
Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩
English · ⁨Anglais⁩ Chinese · ⁨Chinois⁩ Pinyin
Biodiversity/ˌbaɪəʊdaɪˈvɜːsɪti/ 生物多样性 shēng wù duō yàng xìng
resilient/rɪˈsɪlɪənt/ 有韧性 yǒu rèn xìng
keystone species/ˈkiːstəʊn ˈspiːsiːz/ 关键种 guān jiàn zhǒng
ecological succession/ˌekəˈlɒdʒɪkl səkˈseʃn/ 生态演替 shēng tài yǎn tì
8.7

Disruptions in Ecosystems · ⁨Perturbations dans les écosystèmes⁩
Syllabus · ⁨Programme⁩
English

Big Idea 1 — Evolution: The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 8.7.A: Explain the interaction between the environment and random or preexisting variations in populations.

  • 8.7.A.1 An adaptation is a genetic variation that is favored by selection and manifests as a trait that provides an advantage to an organism in a particular environment.
  • 8.7.A.2 Heterozygote advantage is when the heterozygous genotype has a higher relative fitness than either the homozygous dominant or homozygous recessive genotype.
  • 8.7.A.3 Mutations are not directed by specific environmental pressures.

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.7.B: Explain how invasive species affect ecosystem dynamics.

  • 8.7.B.1 The intentional or unintentional introduction of an invasive species can allow the species to exploit a new niche free of predators or competitors or to outcompete native species for resources.
    • Illustrative examples for 8.7.B.1:
      • Kudzu
      • Zebra mussels

Learning Objective 8.7.C: Describe human activities that lead to changes in ecosystem structure and dynamics.

  • 8.7.C.1 Human impact accelerates changes at local and global levels. These activities can drive changes in ecosystems, such as the following, that cause extinctions to occur:
    • i. Biomagnification
    • ii. Eutrophication
    • Illustrative examples for 8.7.C.1:
      • Dutch elm disease
      • Potato blight

Learning Objective 8.7.D: Explain how geological and meteorological activity leads to changes in ecosystem structure and dynamics.

  • 8.7.D.1 Geological and meteorological events affect habitat change and ecosystem distribution. Biogeographical studies illustrate these changes.
    • Illustrative examples for 8.7.D.1:
      • Global climate change
      • Logging
      • Urbanization
      • Monocropping
      • El Nino
      • Continental drift
      • Meteor impact on dinosaurs
Français

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

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Ecosystems change from natural and human causes – climate shifts, invasive species, habitat loss, and pollution. A disturbance can trigger ecological succession 生态演替 (the community rebuilds over time). Because species are interconnected, a change to one – especially a keystone or a trophic level – can ripple through the whole ecosystem.

Français
Paysage déforesté — la perte d'habitat est une perturbation majeure des écosystèmes
Paysage déboisé : la perte d'habitat est une perturbation majeure pour les écosystèmes

Les écosystèmes changent sous l'effet de causes naturelles et humaines – changements climatiques, espèces envahissantes, perte d'habitat et pollution. Une perturbation peut déclencher une succession écologique 生态演替 (la communauté se reconstruit au fil du temps). Comme les espèces sont interconnectées, un changement chez l'une d'elles – notamment une espèce clé ou un niveau trophique entier – peut avoir des répercussions sur tout l'écosystème.

La déforestation réduit la biodiversité et cause l'érosion, les inondations et une augmentation du CO2
La déforestation réduit la biodiversité et provoque l'érosion, les inondations et une augmentation du CO2
8.7

Exam tips · ⁨Conseils d'examen⁩
English
  • Apply the 10% rule: about 90% of energy is lost at each trophic level, so food chains are short.
  • Distinguish exponential ($J$) from logistic ($S$) growth; the latter levels off at the carrying capacity ($\frac{dN}{dt}=r_{\max}N\frac{K-N}{K}$).
  • Separate density-dependent (competition, disease, predation) from density-independent (weather) limiting factors.
  • Name community interactions (competition, predation, symbiosis) and the effect of a keystone species.
  • Explain how disturbing one species — especially a keystone or a whole trophic level — ripples through the ecosystem.
Français
  • Appliquez la règle des 10 % : environ 90 % de l'énergie est perdue à chaque niveau trophique, ce qui explique pourquoi les chaînes alimentaires sont courtes.
  • Distinguez la croissance exponentielle ($J$) de la croissance logistique ($S$) ; cette dernière se stabilise à la capacité de charge ($\frac{dN}{dt}=r_{\max}N\frac{K-N}{K}$).
  • Séparez les facteurs limitants dépendants de la densité (compétition, maladie, prédation) des facteurs indépendants de la densité (météo).
  • Nommez les interactions communautaires (compétition, prédation, symbiose) et l'effet d'une espèce clé.
  • Expliquez comment perturber une espèce – en particulier une espèce clé ou un niveau trophique entier – engendre des répercussions dans l'écosystème.

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