La chaîne alimentaire

Une chaîne alimentaire est un réseau linéaire de liens dans un réseau trophique , commençant souvent par un autotrophe (comme une herbe ou une algue ), également appelé producteur, et se terminant généralement par un prédateur au sommet (comme un grizzli ou un orque ), un détritivore (comme un ver de terre ou un cloporte ) ou un décomposeur (comme un champignon ou une bactérie ). Ce n'est pas la même chose qu'un réseau trophique. Une chaîne alimentaire décrit les relations entre les espèces en fonction de ce qu'elles consomment pour l'énergie dans les niveaux trophiques , et elles sont le plus souvent quantifiées en longueur : le nombre de liens entre un consommateur trophique et la base de la chaîne.

Les études de la chaîne alimentaire jouent un rôle important dans de nombreuses études biologiques.

La stabilité de la chaîne alimentaire est très importante pour la survie de la plupart des espèces. Lorsqu'un seul élément est retiré de la chaîne alimentaire, cela peut entraîner l'extinction ou une diminution considérable de la survie d'une espèce. De nombreuses chaînes et réseaux alimentaires contiennent une espèce clé , une espèce qui a un impact important sur l'environnement environnant et qui peut affecter directement la chaîne alimentaire. Si une espèce clé est supprimée, elle peut déséquilibrer l'ensemble de la chaîne alimentaire.

L'efficacité d'une chaîne alimentaire dépend de l'énergie consommée en premier lieu par les producteurs primaires. Cette énergie se déplace ensuite à travers les niveaux trophiques.

Les chaînes alimentaires ont été étudiées pour la première fois par al-Jahiz , un philosophe arabe du 10e siècle. Les concepts modernes de chaînes et de réseaux alimentaires ont été introduits par Charles Elton .

Une chaîne alimentaire diffère d'un réseau trophique car elle suit une voie linéaire directe de consommation et de transfert d'énergie. Les interconnexions naturelles entre les chaînes alimentaires forment un réseau trophique, qui est non linéaire et décrit des voies interconnectées de consommation et de transfert d'énergie.

Les modèles de chaîne alimentaire prédisent généralement que les communautés sont contrôlées par des prédateurs au sommet et des plantes ( autotrophes ou producteurs) à la base.

Ainsi, la base de la chaîne alimentaire est généralement constituée de producteurs primaires . Les producteurs primaires, ou autotrophes , utilisent l'énergie dérivée de la lumière du soleil ou de composés chimiques inorganiques pour créer des composés organiques complexes, tels que l'amidon, pour produire de l'énergie. Étant donné que la lumière du soleil est nécessaire à la photosynthèse , la plupart des formes de vie ne pourraient pas exister si le soleil disparaissait. Malgré cela, on a récemment découvert qu'il existe certaines formes de vie, les chimiotrophes , qui semblent tirer toute leur énergie métabolique de la chimiosynthèse entraînée par les sources hydrothermales , ce qui montre que certaines formes de vie peuvent ne pas avoir besoin de l'énergie solaire pour prospérer. Les bactéries chimiosynthétiques et les archées utilisent le sulfure d'hydrogène et le méthane des sources hydrothermales et des suintements froids comme source d'énergie (tout comme les plantes utilisent la lumière du soleil) pour produire des glucides ; elles constituent la base de la chaîne alimentaire dans les régions où il y a peu ou pas de lumière du soleil. Quel que soit l'endroit où l'énergie est obtenue, une espèce qui produit sa propre énergie se trouve à la base du modèle de chaîne alimentaire et constitue un élément essentiel d'un écosystème.

Les niveaux trophiques supérieurs ne peuvent pas produire leur propre énergie et doivent donc consommer des producteurs ou d'autres formes de vie qui consomment elles-mêmes des producteurs. Dans les niveaux trophiques supérieurs se trouvent des consommateurs ( consommateurs secondaires , consommateurs tertiaires , etc.). Les consommateurs sont des organismes qui mangent d'autres organismes. Tous les organismes d'une chaîne alimentaire, à l'exception du premier organisme, sont des consommateurs. Les consommateurs secondaires mangent et obtiennent de l'énergie des consommateurs primaires, les consommateurs tertiaires mangent et obtiennent de l'énergie des consommateurs secondaires, etc.

Au niveau trophique le plus élevé se trouve généralement un prédateur au sommet , un consommateur sans prédateurs naturels dans le modèle de chaîne alimentaire.

Lorsqu'un niveau trophique meurt, les détritivores et les décomposeurs consomment sa matière organique pour en tirer de l'énergie et rejettent des nutriments dans l'environnement par le biais de leurs déchets. Les décomposeurs et les détritivores décomposent les composés organiques en nutriments simples qui sont restitués au sol. Ce sont les nutriments simples dont les plantes ont besoin pour créer des composés organiques. On estime qu'il existe plus de 100 000 décomposeurs différents.

Les modèles de niveaux trophiques modélisent également souvent le transfert d'énergie entre les niveaux trophiques. Les consommateurs primaires obtiennent de l'énergie du producteur et la transmettent aux consommateurs secondaires et tertiaires.

Les chaînes alimentaires sont essentielles dans les études d'écotoxicologie , qui retracent les voies et la bioamplification des contaminants environnementaux . Il est également nécessaire de prendre en compte les interactions entre les différents niveaux trophiques pour prédire la dynamique des communautés ; les chaînes alimentaires sont souvent le niveau de base pour le développement de théories sur les niveaux trophiques et les études sur les communautés/ écosystèmes .

La longueur d’une chaîne alimentaire est une variable continue fournissant une mesure du passage de l’énergie et un indice de structure écologique qui augmente à travers les liens depuis les niveaux trophiques (d’alimentation) les plus bas jusqu’aux plus élevés.

Les chaînes alimentaires sont souvent utilisées dans la modélisation écologique (comme une chaîne alimentaire à trois espèces). Ce sont des abstractions simplifiées de réseaux alimentaires réels, mais complexes dans leur dynamique et leurs implications mathématiques.

Dans sa forme la plus simple, la longueur d'une chaîne est le nombre de liens entre un consommateur trophique et la base de la toile. La longueur moyenne de la chaîne d'une toile entière est la moyenne arithmétique des longueurs de toutes les chaînes du réseau trophique. La chaîne alimentaire est un diagramme de source d'énergie. La chaîne alimentaire commence par un producteur, qui est mangé par un consommateur primaire. Le consommateur primaire peut être mangé par un consommateur secondaire, qui à son tour peut être consommé par un consommateur tertiaire. Les consommateurs tertiaires peuvent parfois devenir la proie des prédateurs supérieurs connus sous le nom de consommateurs quaternaires. Par exemple, une chaîne alimentaire peut commencer par une plante verte comme producteur, qui est mangée par un escargot, le consommateur primaire. L'escargot peut alors être la proie d'un consommateur secondaire comme une grenouille, qui peut elle-même être mangée par un consommateur tertiaire comme un serpent, qui à son tour peut être consommé par un aigle. Cette vision simple d'une chaîne alimentaire avec des niveaux trophiques fixes au sein d'une espèce - l'espèce A est mangée par l'espèce B, B est mangée par C… - est souvent contrastée par la situation réelle dans laquelle les juvéniles d'une espèce appartiennent à un niveau trophique inférieur à celui des adultes, une situation plus souvent observée dans les environnements aquatiques et amphibies, par exemple chez les insectes et les poissons. Cette complexité a été baptisée métaphétèse par GE Hutchinson , 1959.

Les écologistes ont formulé et testé des hypothèses concernant la nature des modèles écologiques associés à la longueur de la chaîne alimentaire, comme l'augmentation de la longueur avec le volume de l'écosystème , limitée par la réduction de l'énergie à chaque niveau successif, ou reflétant le type d'habitat.

La longueur de la chaîne alimentaire est importante car la quantité d'énergie transférée diminue à mesure que le niveau trophique augmente ; en général, seulement dix pour cent de l'énergie totale d'un niveau trophique est transmise au suivant, le reste étant utilisé dans le processus métabolique . Il n'y a généralement pas plus de cinq niveaux trophiques dans une chaîne alimentaire. Les humains peuvent recevoir plus d'énergie en remontant d'un niveau dans la chaîne et en consommant la nourriture précédente, par exemple en obtenant plus d'énergie par livre en consommant une salade qu'un animal qui a mangé de la laitue.

Une espèce clé est une espèce singulière au sein d'un écosystème dont dépendent d'autres espèces au sein du même écosystème, ou l'écosystème tout entier. Les espèces clés sont si vitales pour un écosystème que sans leur présence, un écosystème pourrait se transformer ou cesser d'exister complètement. L'une des façons dont les espèces clés ont un impact sur un écosystème est par leur présence dans le réseau trophique d'un écosystème et, par extension, dans une chaîne alimentaire au sein de cet écosystème. Les loutres de mer, une espèce clé des régions côtières du Pacifique, se nourrissent d'oursins. Sans la présence de loutres de mer, les oursins pratiquent un pâturage destructeur sur les populations de varech , ce qui contribue au déclin des écosystèmes côtiers dans les régions du Pacifique Nord. La présence de loutres de mer contrôle les populations d'oursins et aide à maintenir les forêts de varech, qui sont vitales pour d'autres espèces au sein de l'écosystème.