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Le facteur limitant en biologie désigne l’un des facteurs (variables) d’un environnement capable de limiter un processus, comme la croissance, l’abondance ou la distribution d’une population d’organismes dans un écosystème. Les principes ou lois qui permettent d’expliquer les facteurs limitants dans un écosystème sont la loi du minimum de Liebig, la loi du facteur limitant de Blackman et la loi de la tolérance de Shelford. Dans la loi du minimum, la croissance de la population pourrait être régulée par la ressource la plus rare, et non par les ressources en abondance. Dans la loi du facteur limitant, un processus biologique ou écologique qui dépend de plusieurs facteurs aura tendance à avoir un taux limité par le facteur le plus lent. Dans la loi de la tolérance, le succès de la survie d’un organisme est suggéré comme dépendant d’un ensemble complexe de facteurs environnementaux. Les facteurs limitants peuvent dépendre de la densité ou être indépendants de la densité. Ceux qui dépendent de la densité tendent à limiter la croissance, l’abondance ou la distribution d’une population en fonction de la densité de cette dernière. Inversement, un facteur limitant indépendant de la densité est capable de limiter la croissance, l’abondance ou la distribution d’une population indépendamment de sa densité. Les facteurs limitants peuvent également être monolimitatifs, c’est-à-dire qu’un seul facteur limite le système. Lorsqu’un facteur provoque un effet restrictif indirect ou augmente l’effet d’un facteur limitant direct, il est qualifié de facteur co-limitant. Des exemples de facteurs limitants susceptibles de limiter la taille d’une population sont la nourriture, les nutriments, les abris et les compagnons. Ces ressources sont limitées dans l’écosystème, et par conséquent, elles pourraient pousser les êtres vivants à entrer en compétition pour les obtenir.
Définition du facteur limitant
En biologie, le terme facteur limitant est défini comme un facteur ou une variable environnementale qui a la capacité de restreindre la croissance, l’abondance ou la distribution d’une population dans un écosystème. Ces facteurs sont présents en quantité limitée. Ainsi, les organismes ont tendance à se faire concurrence pour leur disponibilité limitée dans l’écosystème.
Étymologie
Le terme facteur limitant vient du latin limitare, qui signifie » limiter » et du latin factor, qui signifie » un faiseur « , » un exécutant « ), de factus, qui signifie » fait » ou » fabriqué « . Synonymes : ressource limitante ; facteur écologique ; facteur contraignant.
Principes et lois
Le principe des facteurs limitants se définit comme le principe selon lequel un facteur dont la quantité est la plus faible va limiter la croissance et le développement d’un organisme ou d’une communauté.(1) La loi du minimum de Liebig, la loi du facteur limitant de Blackman et la loi de la tolérance de Shelford sont les lois qui expliquent les principes des facteurs limitants.
La loi du minimum de Liebig
La loi du minimum a été développée à l’origine par Carl Sprengel puis popularisée par la suite par Justus von Liebig. Cette loi stipule que la croissance est régulée par un facteur limitant, c’est-à-dire la ressource la plus rare, plutôt que par l’ensemble des ressources disponibles. En biologie et en écologie, cela signifie que la croissance d’une population est limitée par les facteurs qui sont les plus rares et non par les facteurs qui sont abondants. Ce constat s’appuie sur l’observation de la croissance des cultures. Ainsi, l’ajout de nutriments en abondance n’entraînait pas une augmentation de la croissance. À l’inverse, l’ajout de nutriments rares, qui est dans ce cas le facteur limitant, a entraîné une augmentation de la croissance des cultures. Cela signifie que même si certains des nutriments présents dans le sol sont abondants, mais que les autres nutriments sont limitants ou relativement rares, la croissance des cultures n’augmentera pas. Si l’on applique ce principe à d’autres populations biologiques, cela implique que la croissance ne se produit que si elle est dictée par le facteur le plus limitant. Ce principe a été utilisé par William Cumming Rose comme base pour identifier les acides aminés qualifiés d’essentiels.(2)
La loi du facteur limitant de Blackman
La loi du facteur limitant a été proposée en 1905 par le physiologiste végétal britannique, Frederick Frost Blackman. Selon cette loi, un processus qui dépend de plusieurs facteurs aura un rythme limité par le rythme du facteur le plus lent. La photosynthèse, par exemple, est un processus biologique qui dépend de plusieurs facteurs. La réaction chimique générale de la photosynthèse est 6CO2+12H2O+énergie=C6H12O6+6O2+6H2O. D’après cette équation, le CO2, l’H2O et l’énergie lumineuse (lumière du soleil) sont les facteurs limitants de cette réaction. Si l’un d’entre eux devient accessible à un rythme plus lent ou plus faible que la normale, le taux de photosynthèse devrait devenir lent en fonction du rythme du facteur le plus lent. Par exemple, si la concentration de CO2 se raréfie (par exemple, en raison de la fermeture des ouvertures stomatiques en réponse à des températures élevées dans l’environnement), le taux de photosynthèse devient lent même si les niveaux d’énergie de H2O et de lumière sont amplement disponibles. Le même résultat se produira si l’énergie lumineuse devient moins disponible ou moins intense, le taux de photosynthèse sera plus lent malgré l’abondance de CO2 et de H2O. La lumière devient un facteur limitant de la photosynthèse lorsque la plante n’est pas en mesure de collecter la lumière, par exemple en raison de l’ombre résultant de la population dense de plantes.
La loi de tolérance de Shelford
La loi de tolérance a été développée en 1913 par le zoologiste américain Victor Ernest Shelford. Elle stipule que le succès d’un organisme dépend d’un ensemble complexe de conditions environnementales (facteurs environnementaux). Et cet organisme aurait des facteurs environnementaux minimums, maximums et optimaux définis qui déterminent son succès.(3) Ceux-ci signifient la limite de tolérance de cet organisme. Cependant, les plages de tolérance peuvent varier au sein d’un même organisme, par exemple en fonction du stade de vie (larve vs adulte).
Types de facteurs limitants
Définition du facteur limitant dépendant de la densité
Le facteur limitant dépendant de la densité désigne le facteur restreignant la taille d’une population en fonction de la densité. Une population nombreuse et dense est plus fortement affectée qu’une population petite ou moins dense. Par exemple, une population dense aurait des demandes plus élevées en nourriture et en eau par rapport à une petite population. Dans ce cas, l’approvisionnement en nourriture et en eau est le facteur limitant et il dépend de la densité. Les maladies sont également un facteur dépendant de la densité. Elle se propage plus rapidement dans une population dense que dans une petite population.
Définition du facteur limitant indépendant de la densité
Le facteur limitant indépendant de la densité fait référence au facteur limitant qui ne dépend pas de la densité. Le facteur limitant peut restreindre la taille de la population indépendamment de la densité de la population. Par exemple, un événement catastrophique, tel qu’un tremblement de terre ou une éruption volcanique, pourrait provoquer un déclin de la population indépendamment de la densité de la population.
Simple limitation et co-limitation
Un facteur simple limitation est lorsqu’il y a un seul facteur qui limite le système. Un facteur co-limitant est lorsqu’un facteur affecte indirectement la population d’organismes dans un écosystème mais augmente la limitation du facteur qui affecte directement la population.
Facteurs limitants exemples
Dans la loi de la taille d’une population, une population va croître exponentiellement tant que l’environnement d’où tous les individus de cette population sont exposés reste constant.(4) Ainsi, si les conditions environnementales restent les mêmes, la population devrait croître. Cependant, il arrivera un moment où la population atteindra le maximum que l’environnement peut supporter. C’est ce qu’on appelle la capacité de charge, la charge maximale de l’environnement. La capacité de charge est le nombre d’individus qu’un environnement peut supporter sans que cela n’entraîne de dommages ou de destruction pour les organismes et l’environnement. Ainsi, la taille de la population peut augmenter jusqu’à ce que la capacité de charge soit atteinte. Au-delà de cette capacité, la taille de la population finira par diminuer. Les facteurs déterminants de la capacité de charge sont les facteurs limitants. Les facteurs limitants courants dans un écosystème sont la nourriture, l’eau, l’habitat et le partenaire. La disponibilité de ces facteurs affectera la capacité de charge d’un environnement.
Lorsque la population augmente, la demande de nourriture augmente également. Comme la nourriture est une ressource limitée, les organismes vont commencer à se faire concurrence pour l’obtenir. Il en va de même pour l’espace, les nutriments et le partenaire. Comme ces ressources sont disponibles en quantité limitée pendant une période donnée, les habitants d’un écosystème particulier vont entrer en compétition, éventuellement contre la même espèce (compétition intraspécifique) ou contre un autre groupe d’espèces (compétition interspécifique). (5) Dans la nature, une autre symbiose prédominante est la relation prédateur-proie. Les populations de cerfs, par exemple, peuvent diminuer si la prédation est élevée. Si le nombre de loups est relativement plus élevé que le nombre de cerfs qui sont leurs proies, le nombre de cerfs pourrait diminuer. Cependant, avec la diminution du nombre de cerfs, le nombre de loups pourrait aussi finir par diminuer. Ce facteur prédateur-proie est un exemple de facteur biotique dans un écosystème.
Alors qu’un facteur biotique comprend les activités d’un élément vivant d’un écosystème, un facteur abiotique comprend les différents facteurs physico-chimiques d’un écosystème. Ces facteurs physico-chimiques comprennent la lumière du soleil, l’humidité, la température, l’atmosphère, le sol, la géologie du terrain et les ressources en eau. La température, par exemple, est un facteur limitant majeur principalement en raison du fait qu’elle affecte l’efficacité des enzymes et des catalyseurs, qui sont essentiels dans un système efficace, tant biologique que chimique.
Termes associés
- Facteur limitant dépendant de la densité
Voir aussi
- Ecosystème
- Facteur biotique
- Facteur biotique
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- Principe des facteurs limitants – Référence Oxford. (2017, 16 juin). Récupéré sur le site internet Oxfordreference.com : https://www.oxfordreference.com/view/10.1093/oi/authority.20110803100346211
- Rose, W.C. (1931). Expériences sur l’alimentation. Journal of Biological Chemistry 94 : 155-65.
- Shelford, V. E. (1er juillet 1931). « Quelques concepts de la bioécologie ». Ecologie. 12 (3) : 455-467. doi:10.2307/1928991.
- Turchin, P. (2001). « L’écologie des populations a-t-elle des lois générales ? ». Oikos. 94 (1) : 17-26. doi:10.1034/j.1600-0706.2001.11310.x.
- Concurrence. (2019). Récupéré sur le site Marietta.edu : http://w3.marietta.edu/~biol/biomes/competition.htm
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