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Populations

AP Sciences environnementales · Sujet 3

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7:45

Populations

En 1944, vingt-neuf rennes ont été relâchés sur une petite île. Il n'y avait pas de prédateurs et le sol était couvert d'une mousse épaisse. En vingt ans, il y avait…

Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés

3.1

Espèces généralistes et spécialistes

Programme

Connaissance durable (ERT-3) : Les populations changent avec le temps en réaction à une variété de facteurs.

Objectif d'apprentissage ERT-3.A : Identifier les différences entre les espèces généralistes et spécialistes.

  • ERT-3.A.1 Les espèces spécialistes tendent à avoir un avantage dans les habitats constants, tandis que les espèces généralistes ont tendance à avoir un avantage dans les habitats en mutation.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

Un généraliste 广适性物种 peut vivre dans de nombreux habitats et manger de nombreux aliments (raton laveur, cafard) – flexible, il gère bien les changements. Un spécialiste 狭适性物种 a besoin de conditions ou d'aliments spécifiques (panda, koala) – efficace dans un habitat stable mais très vulnérable si cet habitat change.

3.2

Espèces sélectionnées K et r

Programme

Connaissance durable (ERT-3) : Les populations changent avec le temps en réaction à une variété de facteurs.

Objectif d'apprentissage ERT-3.B : Identifier les différences entre les espèces K-sélectionnées et r-sélectionnées.

  • ERT-3.B.1 Les espèces K-sélectionnées ont tendance à être grandes, à avoir peu de descendants par événement de reproduction, à vivre dans des environnements stables, à dépenser une énergie considérable pour chaque descendant, à mûrir après de nombreuses années de jeunesse prolongée et de soins parentaux, à avoir une longévité/spécifique élevée, et à se reproduire plus d'une fois au cours de leur vie. La compétition pour les ressources dans les habitats des espèces K-sélectionnées est généralement relativement élevée.
  • ERT-3.B.2 Les espèces r-sélectionnées ont tendance à être petites, à avoir beaucoup de descendants, à dépenser ou investir une énergie minimale pour chaque descendant, à mûrir tôt, à avoir une courte espérance de vie, et à ne se reproduire qu'une seule fois au cours de leur vie. La compétition pour les ressources dans les habitats des espèces r-sélectionnées est typiquement relativement faible.
  • ERT-3.B.3 Le potentiel biotique désigne le taux de reproduction maximal d'une population dans des conditions idéales.
  • ERT-3.B.4 De nombreuses espèces ont des stratégies reproductives qui ne sont pas exclusivement r-sélectionnées ou K-sélectionnées, ou qui changent selon différentes conditions à différents moments.
  • ERT-3.B.5 Les espèces K-sélectionnées sont généralement plus négativement affectées par les espèces envahissantes que les espèces r-sélectionnées, qui sont peu affectées par les espèces envahissantes. La plupart des espèces envahissantes sont des espèces r-sélectionnées.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

Deux stratégies de reproduction :

  • Les espèces $r$-sélectionnées produisent de nombreux descendants avec peu de soins, mûrissent rapidement et vivent peu longtemps (insectes, mauvaises herbes). Elles colonisent rapidement et connaissent des boom et busts.
  • Les espèces $K$-sélectionnées produisent de peux descendants avec beaucoup de soins, mûrissent lentement et vivent longtemps (éléphants, humains). Elles font bien près de la capacité de charge dans des environnements stables mais se remettent lentement des pertes.
Un éléphant adulte marchant avec son petit unique à travers une prairie
Un éléphant avec son petit unique : une espèce sélectionnée K a peu de jeunes mais investit lourdement dans chacun, donc elle se remet lentement si les effectifs chutent
Un jeune lapin : les espèces sélectionnées r produisent de nombreux descendants rapidement avec peu d'investissement parental
Un jeune lapin : les espèces sélectionnées r produisent de nombreux descendants rapidement avec peu d'investissement parental
3.3

Courbes de survie

Programme

Connaissance durable (ERT-3) : Les populations changent avec le temps en réaction à une variété de facteurs.

Objectif d'apprentissage ERT-3.C : Expliquer les courbes de survie.

  • ERT-3.C.1 Une courbe de survie est une ligne qui affiche les taux de survie relatifs d'une cohorte — un groupe d'individus du même âge — dans une population, de la naissance jusqu'à l'âge maximum atteint par un membre quelconque de cette cohorte. Il existe des courbes de Type I, Type II et Type III.
  • ERT-3.C.2 Les courbes de survie diffèrent entre les espèces K-sélectionnées et r-sélectionnées, les espèces K-sélectionnées suivant généralement une courbe de Type I ou Type II, et les espèces r-sélectionnées suivant une courbe de Type III.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

Une courbe de survie 存活曲线 trace le nombre d'individus survivant à chaque âge (sur une échelle logarithmique). Type I (humains) : la plupart survivent jusqu'à un âge avancé, puis meurent – une courbe convexe. Type II (beaucoup d'oiseaux) : un taux de mortalité constant à tous les âges – une ligne droite. Type III (espèces $r$-sélectionnées : poissons, insectes) : la plupart meurent jeunes, quelques-uns survivent – une courbe concave.

Courbes de survie de type I, II et III sur une échelle logarithmique
Courbes de survie Type I, II et III sur une échelle logarithmique
Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
generalist/ˈdʒenərəlɪst/ 广适性物种 guǎng shì xìng wù zhǒng
specialist/ˈspeʃəlɪst/ 狭适性物种 xiá shì xìng wù zhǒng
survivorship curve/səˈvaɪvəʃɪp kɜːv/ 存活曲线 cún huó qū xiàn
3.4

Capacité de charge

Programme

Connaissance durable (ERT-3) : Les populations changent avec le temps en réaction à une variété de facteurs.

Objectif d'apprentissage ERT-3.D : Décrire la capacité porteuse.

  • ERT-3.D.1 Lorsqu'une population dépasse sa capacité porteuse (la capacité porteuse peut être notée K), un dépassement se produit. Il y a des impacts environnementaux dus au dépassement de population, notamment l'épuisement des ressources.

Objectif d'apprentissage ERT-3.E : Décrire l'impact de la capacité porteuse sur les écosystèmes.

  • ERT-3.E.1 Un effet écologique majeur du dépassement de population est le déclin de la population (souvent sévère à catastrophique) car le manque de ressources disponibles entraîne la famine, les maladies et/ou les conflits.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

Populations de prédateurs et de proies cycliques
Croissance exponentielle vs logistique

La capacité de charge 环境容纳量 ($K$) est la population maximale qu'un environnement peut soutenir sur le long terme. Une population peut dépasser $K$ lorsque les ressources sont temporairement abondantes, puis s'effondrer (régression) lorsque les ressources manquent. Les populations ont tendance à fluctuer autour de $K$.

La croissance de la population s'aplatit à la capacité de charge de l'environnement
La croissance de la population s'aplatit à la capacité de charge de l'environnement
Un troupeau de cerfs : lorsqu'une population approche de la capacité de charge, les ressources limitent la croissance ultérieure
Un troupeau de cerfs : lorsque la population approche de la capacité de charge, les ressources limitent la croissance supplémentaire
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Croissance jusqu'à la capacité de charge

Une population croît vers la capacité de charge $K$ que ses ressources peuvent supporter, puis se stabilise. Augmentez le taux de croissance et observez le dépassement puis la stabilisation.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
carrying capacity/ˈkæriɪŋ kəˈpæsɪti/ 环境容纳量 huán jìng róng nà liàng
exponentially/ˌekspəˈnenʃəli/ 指数增长 zhǐ shù zēng zhǎng
logistic/ləˈdʒɪstɪk/ 逻辑斯蒂增长 luó jí sī dì zēng zhǎng
Limiting factors/ˈlɪmɪtɪŋ ˈfæktəz/ 限制因素 xiàn zhì yīn sù
age-structure diagram/eɪdʒ ˈstrʌktʃə ˈdaɪəɡræm/ 年龄结构图 nián líng jié gòu tú
total fertility rate/ˈtəʊtl fɜːˈtɪlɪti reɪt/ 总生育率 zǒng shēng yù lǜ
ecological footprint/ˌekəˈlɒdʒɪkl ˈfʊtprɪnt/ 生态足迹 shēng tài zú jì
3.5

Croissance de la population et disponibilité des ressources

Programme

Connaissance durable (ERT-3) : Les populations changent avec le temps en réaction à une variété de facteurs.

Objectif d'apprentissage ERT-3.F : Expliquer comment la disponibilité des ressources affecte la croissance de la population.

  • ERT-3.F.1 La croissance de la population est limitée par des facteurs environnementaux, en particulier par les ressources disponibles et l'espace.
  • ERT-3.F.2 La disponibilité des ressources et la base totale des ressources sont limitées et finies sur toutes les échelles de temps.
  • ERT-3.F.3 Lorsque les ressources nécessaires à la croissance d'une population abondent, la croissance de la population accélère généralement.
  • ERT-3.F.4 Lorsque la base de ressources d'une population rétrécit, l'augmentation du potentiel de distribution inégale des ressources entraînera in fine une augmentation de la mortalité, une diminution de la fécondité, ou les deux, ce qui fait que la croissance de la population diminue jusqu'à, ou en dessous de, la capacité porteuse.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

Avec des ressources abondantes, une population croît exponentiellement 指数增长 (courbe $J$). À mesure que les ressources deviennent limitées, la croissance ralentit vers une croissance logistique 逻辑斯蒂增长 (courbe $S$), se stabilisant à $K$. Les facteurs limitants 限制因素 (nourriture, eau, espace, maladie) fixent le plafond.

3.6

Diagrammes de structure d'âge

Programme

Compréhension durable (EIN-1) : Les populations humaines changent en réaction à divers facteurs, y compris sociaux et culturels.

Objectif d'apprentissage EIN-1.A : Expliquer les diagrammes de structure d'âge.

  • EIN-1.A.1 Les taux de croissance de la population peuvent être interprétés à partir des diagrammes de structure d'âge par la forme de la structure.
  • EIN-1.A.2 Une population en croissance rapide aura, en règle générale, une proportion plus élevée de jeunes par rapport aux populations stables ou en déclin.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

Un diagramme de structure d'âge 年龄结构图 montre la proportion d'une population dans chaque groupe d'âge. Une base large (beaucoup de jeunes) prédit une croissance rapide ; des barres égales prévoient une population stable ; une base étroite prédit un déclin. Ils prévoient la population future d'un pays.

Pyramides des populations d'un pays en développement et d'un pays développé
Pyramides des populations d'un pays en développement et d'un pays développé
3.7

Taux de fécondité total

Programme

Compréhension durable (EIN-1) : Les populations humaines changent en réaction à divers facteurs, y compris sociaux et culturels.

Objectif d'apprentissage EIN-1.B : Expliquer les facteurs qui affectent le taux de fécondité total chez les populations humaines.

  • EIN-1.B.1 Le taux de fécondité total (TFR) est influencé par l'âge auquel les femmes ont leur premier enfant, les opportunités éducatives pour les femmes, l'accès à la planification familiale, et les actes et politiques gouvernementaux.
  • EIN-1.B.2 Si le taux de fécondité est au niveau de remplacement, une population est considérée comme relativement stable.
  • EIN-1.B.3 Les facteurs associés aux taux de mortalité infantile incluent si les mères ont accès à de bons soins de santé et à une bonne nutrition. Des changements dans ces facteurs peuvent entraîner des variations des taux de mortalité infantile au fil du temps.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

Le taux de fécondité total 总生育率 (TFT) est le nombre moyen d'enfants par femme. Un niveau de remplacement d'environ 2.1 maintient la population stable ; au-dessus, elle croît, en dessous, elle décroît. Le TFT diminue avec l'éducation, l'accès à la planification familiale et une mortalité infantile plus faible.

3.8

Dynamiques de la population humaine

Programme

Compréhension durable (EIN-1) : Les populations humaines changent en réaction à divers facteurs, y compris sociaux et culturels.

Objectif d'apprentissage EIN-1.C.1 : Expliquer comment les populations humaines connaissent une croissance et un déclin.

  • EIN-1.C.1 Les taux de natalité, les taux de mortalité infantile, les taux de mortalité globaux, l'accès à la planification familiale, l'accès à une bonne nutrition, l'accès à l'éducation et le report du mariage influencent tous le fait qu'une population humaine soit en croissance ou en déclin.
  • EIN-1.C.2 Les facteurs limitant la population humaine mondiale incluent la capacité porteuse de la Terre et les facteurs fondamentaux limitant la croissance de la population humaine tels que définis par la théorie malthusienne.
  • EIN-1.C.3 La croissance de la population peut être affectée par des facteurs indépendants de la densité, comme les tempêtes majeures, les incendies, les vagues de chaleur ou les sécheresses, et des facteurs dépendants de la densité, comme l'accès à l'eau propre et à l'air, la disponibilité des aliments, la transmission des maladies ou la taille du territoire.
  • EIN-1.C.4 La règle des 70 stipule que diviser le nombre 70 par le taux de croissance de la population en pourcentage approxime le temps de doublement de la population.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

La croissance de la population humaine dépend du taux de natalité, du taux de mortalité et de la migration. La croissance rapide met à rude épreuve les ressources et augmente l'empreinte écologique 生态足迹. Les facteurs réduisant les taux de natalité incluent l'éducation (en particulier celle des femmes), l'urbanisation et le développement économique.

Exemple résolu. Un pays a un taux de natalité de $30$ pour $1000$ et un taux de mortalité de $10$ pour $1000$. Le taux de croissance naturel est de $\dfrac{30-10}{10}=2.0\%$ par an (diviser la différence par mille par $10$ convertit cela en pourcentage). Selon la règle des 70, la population double en environ $\dfrac{70}{2.0}=35$ ans. Si le développement réduisait le taux de croissance à $1.0\%$, le temps de doublement s'allongerait à $\dfrac{70}{1.0}=70$ ans.

Un carrefour urbain bondé : la dynamique des populations humaines dépend des taux de natalité, de mortalité et de migration
Un carrefour urbain bondé : la dynamique de la population humaine dépend des taux de natalité, de mortalité et de migration
3.9

Transition démographique

Programme

Compréhension durable (EIN-1) : Les populations humaines changent en réaction à divers facteurs, y compris sociaux et culturels.

Objectif d'apprentissage EIN-1.D : Définir la transition démographique.

  • EIN-1.D.1 La transition démographique fait référence à la transition vers des taux de natalité et de mortalité plus faibles dans un pays ou une région alors que le développement intervient et que ce pays passe d'un système économique pré-industriel à industrialisé. Cette transition est généralement illustrée par un modèle de transition démographique à quatre étapes (DTM).
  • EIN-1.D.2 Les caractéristiques des pays en développement incluent des taux de mortalité infantile plus élevés et plus d'enfants dans la main-d'œuvre que dans les pays développés.

Source : Description du cours et de l'examen AP College Board

La transition démographique 人口转型 décrit comment la croissance d'un pays évolue au fur et à mesure de son développement, par étapes : (1) taux élevés de natalité et de mortalité (croissance lente) ; (2) baisse du taux de mortalité (croissance rapide) ; (3) baisse du taux de natalité (croissance ralentie) ; (4) les deux faibles (stable). Les nations développées sont aux étapes tardives ; de nombreuses nations en développement sont aux étapes de croissance rapide.

Les quatre étapes de la transition démographique
Les quatre étapes de la transition démographique

La population croît le plus rapidement aux étapes 2 et 3 – l'écart entre un taux de natalité encore élevé et un taux de mortalité déjà baissé. Ce décalage explique pourquoi la population d'un pays continue d'augmenter longtemps après la baisse de son taux de mortalité.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
demographic transition/ˌdeməˈɡræfɪk trænˈsɪʃn/ 人口转型 rén kǒu zhuǎn xíng
3.9

Conseils d'examen

  • Utiliser la règle des 70 : temps de doublement ≈ 70 ÷ taux de croissance(%) ; un taux de croissance est (naissances − décès) par 1000 ÷ 10.
  • Lire les diagrammes de structure d'âge : une base large prédit une croissance rapide, des barres égales une population stable.
  • Contraster les stratégies sélectionnées r (beaucoup de descendants, peu de soins) et sélectionnées K (peu, beaucoup de soins).
  • Connaître les étapes de la transition démographique et ce qui réduit les taux de natalité (éducation, planification familiale, développement).
  • Un taux de croissance décroissant reste tout de même une croissance — la population ne diminue que lorsque les décès dépassent les naissances.

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