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Existe-t-il des lois en écologie ?

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Existe-t-il des lois écologiques clairement définies, comme dans la science physique ? Si non, pourquoi est-ce le cas ?


Qu'est-ce que le droit et qu'est-ce que l'écologie ?

Je trouve toujours la définition du « droit » un peu difficile à saisir mais peut-être uniquement parce que je suis un philosophe médiocre. Pour moi, je ne comprends pas très bien la différence entre une théorie (une théorie n'est pas une hypothèse en science) et une loi.

Il est également difficile de savoir exactement ce que vous considéreriez comme faisant partie de l'écologie et ce que vous considéreriez comme faisant partie de la biologie évolutive, de l'agriculture ou de la paléoécologie / paléogéologie et ces disciplines sont très liées. Voici quelques concepts que je ne connais pas s'ils se qualifient pour une réponse

  • Gradient général de diversité latitudinale
  • Le concept selon lequel la symbiose est plus une règle qu'une exception (il vient également avec la découverte que les mitochondries sont/étaient des endosymbiontes).
  • Théorie de la sélection naturelle
  • Rétroactions positives et négatives en période glaciaire
  • Loi/hypothèse de l'aire géographique
  • Effets parentaux
  • Radiation adaptative
  • Théorie de la sélection r/K
  • Théorie de la biogéographie insulaire

Existe-t-il des sciences qui créent plus de lois que d'autres ?

Je ne suis vraiment pas qualifié pour répondre à cette question mais j'aurais tendance à penser qu'en écologie, il y a beaucoup de découvertes importantes qui conduisent à une reformulation conceptuelle ou à une reconsidération de l'importance relative de différents concepts ou à la réalisation d'un seul fait, plus qu'à la formulation d'une loi en soi.

Les lois en écologie

Voici quelques concepts en écologie qui sont souvent appelés loi.

  • Loi de Liebig du minimum
  • La loi des dix pour cent
  • Loi effet Allee
  • Loi du cube carré, échelle allométrique et théorie métabolique de l'écologie
  • Théorie des systèmes écologiques

ainsi que toutes les lois concernant la croissance de la population telles que

  • Lois malthusienne, Verhulst et Lotka-Voltera.

Barry Commoner

Barry Commoner (28 mai 1917 - 30 septembre 2012) était un biologiste cellulaire, professeur d'université et homme politique américain. Il était un écologiste de premier plan et parmi les fondateurs du mouvement environnemental moderne. Il a été directeur du Center for Biology of Natural Systems [1] [2] et de son Critical Genetics Project. [3] [4] [5] Il s'est présenté comme candidat du Citizens Party à l'élection présidentielle américaine de 1980. [6] Son travail d'étude des retombées radioactives des essais d'armes nucléaires a conduit au Traité d'interdiction des essais nucléaires de 1963. [7]


Recherche

Parcourez les sites liés à votre sujet, notez les informations que vous pensez être importantes à inclure dans votre produit final. Vous souhaiterez peut-être assigner des tâches spécifiques aux membres individuels du groupe.

En parcourant les sites liés à votre sujet, réfléchissez aux questions suivantes que vous devrez inclure dans votre présentation de projet finale :

  • Quel est le problème? Comment savons-nous qu'il y a un problème (quelles preuves y a-t-il) ?
  • Qu'est-ce qui cause le problème ?
  • Quels sont les effets futurs possibles du problème ? Comment cela affectera-t-il le monde?
  • Que fait-on pour résoudre le problème ? Y a-t-il des lois liées au sujet?
  • Que peut faire un individu pour aider ?

4 lois de l'écologie : revisitées

J'ai entrepris la tâche plus tôt cette semaine d'examiner les références pour notre prochaine publication du groupe de travail RESTORE . L'une de ces références était la citation et la définition populaires de Barry Commoner sur l'écologie, selon laquelle la première loi de l'écologie est que tout est connecté.

Cela m'a amené à prendre une copie et à relire plus profondément dans Commoner & 8217s 1971 Le cercle de clôture et revisiter les quatre lois de l'écologie. The Closing Circle décrit l'écosphère, comment elle a été endommagée et les systèmes économiques, sociaux et politiques qui ont créé nos crises environnementales. Cela nous donne une compréhension claire et concise de ce que signifie l'écologie qui est de plus en plus pertinente aujourd'hui.

Et en temps opportun, la deuxième loi de Commoner - tout doit aller quelque part - résonne avec un commentaire que j'ai donné à notre Lancashire Evening Post local sur la pollution plastique. (Nous devons remettre en question les plastiques à usage unique et être parfaitement conscients de l'impact des plastiques sur la santé et l'environnement – et être conscients de ce qui se passe lorsque nous jetons du plastique – car vraiment, il n'y a pas de ‘away&# 8217)

La première loi de l'écologie : Tout est connecté à tout le reste. Il y a une écosphère pour tous les organismes vivants et ce qui en affecte un, affecte tous. "Lorsque nous essayons de choisir quelque chose par lui-même, nous le trouvons lié à tout le reste de l'univers." John Muir

La deuxième loi de l'écologie : Tout doit aller quelque part. Il n'y a pas de "déchets" dans la nature et il n'y a pas de "sortie" vers laquelle les choses peuvent être jetées. Tout déchet produit dans un processus écologique est recyclé dans un autre. Un principe de base pour l'économie circulaire.

La troisième loi de l'écologie : La nature sait mieux. L'humanité a façonné la technologie pour améliorer la nature, mais tout changement humain dans un système naturel est, selon Commoner, "probablement préjudiciable à ce système". Et dans le contexte des produits chimiques préoccupants, nous cherchons à éradiquer les bâtiments (par par exemple la liste rouge de l'ILFI) "L'absence d'une substance particulière dans la nature, est souvent un signe qu'elle est incompatible avec la chimie de la vie”

La quatrième loi de l'écologie : Un déjeuner gratuit n'existe pas. L'exploitation de la nature aura toujours un coût écologique et impliquera inévitablement la conversion des ressources de utile à inutile.

Les quatre lois avertissent que chaque gain est gagné à un certain prix. Parce que notre écosystème mondial est un tout connecté, tout impact, tout ce qui est extrait de la nature par l'effort humain doit être remplacé. Il n'y a pas d'évitement de ce prix et le retard ne fait que créer la perturbation écologique et la perte de biodiversité dont nous sommes témoins.

Cela renforce les déclarations que je fais si souvent dans les présentations (voir Specifi Edinburgh et RESTORE Budapest par exemple) et au sein de FutuREstorative, que la durabilité est le point à partir duquel nous commençons à donner plus que ce que nous prenons, et que nous n'avons plus le luxe de il suffit de réduire notre impact, mais nous avons trop tardé pour le faire meilleur pour rééquilibrer l'équilibre de l'écosystème.


46.1 Écologie des écosystèmes

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Décrire les types d'écosystèmes de base
  • Expliquer les méthodes utilisées par les écologistes pour étudier la structure et la dynamique des écosystèmes
  • Identifier les différentes méthodes de modélisation des écosystèmes
  • Faire la différence entre les chaînes alimentaires et les réseaux trophiques et reconnaître l'importance de chacun

La vie dans un écosystème est souvent une compétition pour des ressources limitées, une caractéristique de la théorie de la sélection naturelle. La compétition au sein des communautés (tous les êtres vivants dans des habitats spécifiques) est observée à la fois au sein des espèces et entre les différentes espèces. Les ressources pour lesquelles les organismes sont en compétition comprennent la matière organique, la lumière du soleil et les nutriments minéraux, qui fournissent l'énergie nécessaire aux processus vivants et la matière pour constituer les structures physiques des organismes. D'autres facteurs critiques influençant la dynamique de la communauté sont les composants de son environnement physique et géographique : la latitude d'un habitat, la quantité de précipitations, la topographie (altitude) et les espèces disponibles. Ce sont toutes des variables environnementales importantes qui déterminent quels organismes peuvent exister dans une zone particulière.

Un écosystème est une communauté d'organismes vivants et leurs interactions avec leur environnement abiotique (non vivant). Les écosystèmes peuvent être petits, comme les mares trouvées près des côtes rocheuses de nombreux océans, ou grands, comme la forêt amazonienne au Brésil (Figure 46.2).

Il existe trois grandes catégories d'écosystèmes en fonction de leur environnement général : eau douce, eau océanique et terrestre. Au sein de ces grandes catégories se trouvent des types d'écosystèmes individuels basés sur les organismes présents et le type d'habitat environnemental.

Les écosystèmes océaniques sont les plus courants, comprenant plus de 70 pour cent de la surface de la Terre et se composant de trois types de base : les océans peu profonds, les eaux océaniques profondes et les surfaces océaniques profondes (les zones de faible profondeur des océans profonds). Les écosystèmes océaniques peu profonds comprennent des écosystèmes de récifs coralliens extrêmement riches en biodiversité, et la surface océanique profonde est connue pour son grand nombre de plancton et de krill (petits crustacés) qui la soutiennent. Ces deux environnements sont particulièrement importants pour les respirateurs aérobies dans le monde, car le phytoplancton effectue 40 pour cent de toute la photosynthèse sur Terre. Bien qu'ils ne soient pas aussi diversifiés que les deux autres, les écosystèmes océaniques profonds contiennent une grande variété d'organismes marins. De tels écosystèmes existent même au fond de l'océan où la lumière est incapable de pénétrer à travers l'eau.

Les écosystèmes d'eau douce sont les plus rares, se produisant sur seulement 1,8 pour cent de la surface de la Terre. Les lacs, les rivières, les ruisseaux et les sources constituent ces systèmes. Ils sont très diversifiés et abritent une variété de poissons, d'amphibiens, de reptiles, d'insectes, de phytoplancton, de champignons et de bactéries.

Les écosystèmes terrestres, également connus pour leur diversité, sont regroupés en grandes catégories appelées biomes, telles que les forêts tropicales humides, les savanes, les déserts, les forêts de conifères, les forêts de feuillus et la toundra. Le regroupement de ces écosystèmes en quelques catégories de biomes masque la grande diversité des écosystèmes individuels qui les composent. Par exemple, il existe une grande variation dans la végétation du désert : les cactus saguaro et autres plantes du désert de Sonora, aux États-Unis, sont relativement abondants par rapport au désert rocheux désolé de Boa Vista, une île au large des côtes de l'Afrique de l'Ouest ( Figure 46.3).

Les écosystèmes sont complexes avec de nombreuses parties en interaction. Ils sont régulièrement exposés à diverses perturbations, ou changements de l'environnement qui affectent leur composition : les variations annuelles des précipitations et de la température et les processus plus lents de croissance des plantes, qui peuvent prendre plusieurs années. Bon nombre de ces perturbations résultent de processus naturels. Par exemple, lorsque la foudre provoque un feu de forêt et détruit une partie d'un écosystème forestier, le sol est finalement peuplé d'herbes, puis d'arbustes et d'arbustes, et plus tard d'arbres matures, restituant à la forêt son état antérieur. L'impact des perturbations environnementales causées par les activités humaines est aussi important que les changements provoqués par les processus naturels. Les pratiques agricoles humaines, la pollution de l'air, les pluies acides, la déforestation mondiale, la surpêche, l'eutrophisation, les déversements de pétrole et le déversement de déchets sur terre et dans l'océan sont tous des sujets de préoccupation pour les écologistes.

L'équilibre est l'état stable d'un écosystème où tous les organismes sont en équilibre avec leur environnement et entre eux. En écologie, deux paramètres sont utilisés pour mesurer les changements dans les écosystèmes : la résistance et la résilience. La résistance est la capacité d'un écosystème à rester à l'équilibre malgré les perturbations. La résilience est la vitesse à laquelle un écosystème retrouve son équilibre après avoir été perturbé. La résistance et la résilience des écosystèmes sont particulièrement importantes lorsque l'on considère l'impact humain. La nature d'un écosystème peut changer à un point tel qu'il peut perdre entièrement sa résilience. Ce processus peut conduire à la destruction complète ou à l'altération irréversible de l'écosystème.

Chaînes alimentaires et réseaux trophiques

Le terme « chaîne alimentaire » est parfois utilisé métaphoriquement pour décrire des situations sociales humaines. Les individus considérés comme ayant réussi sont considérés comme étant au sommet de la chaîne alimentaire, consommant tous les autres à leur profit, tandis que les moins performants sont considérés comme étant en bas.

La compréhension scientifique d'une chaîne alimentaire est plus précise que dans son utilisation quotidienne. En écologie, une chaîne alimentaire est une séquence linéaire d'organismes à travers laquelle passent les nutriments et l'énergie : les producteurs primaires, les consommateurs primaires et les consommateurs de niveau supérieur sont utilisés pour décrire la structure et la dynamique de l'écosystème. Il y a un seul chemin à travers la chaîne. Chaque organisme d'une chaîne alimentaire occupe ce qu'on appelle un niveau trophique. Selon leur rôle de producteurs ou de consommateurs, les espèces ou groupes d'espèces peuvent être classés à différents niveaux trophiques.

Dans de nombreux écosystèmes, le bas de la chaîne alimentaire est constitué d'organismes photosynthétiques (plantes et/ou phytoplancton), appelés producteurs primaires . Les organismes qui consomment les producteurs primaires sont les herbivores : les consommateurs primaires . Les consommateurs secondaires sont généralement des carnivores qui mangent les consommateurs primaires. Les consommateurs tertiaires sont des carnivores qui mangent d'autres carnivores. Les consommateurs de niveau supérieur se nourrissent des niveaux tropicaux inférieurs suivants, et ainsi de suite, jusqu'aux organismes au sommet de la chaîne alimentaire : les consommateurs de pointe . Dans la chaîne alimentaire du lac Ontario illustrée à la figure 46.4, le saumon quinnat est le consommateur suprême au sommet de cette chaîne alimentaire.

L'énergie est un facteur majeur qui limite la longueur des chaînes alimentaires. L'énergie est perdue sous forme de chaleur entre chaque niveau trophique en raison de la deuxième loi de la thermodynamique. Ainsi, après un nombre limité de transferts d'énergie trophique, la quantité d'énergie restante dans la chaîne alimentaire peut ne pas être suffisante pour soutenir des populations viables à un niveau trophique encore plus élevé.

La perte d'énergie entre les niveaux trophiques est illustrée par les études pionnières de Howard T. Odum dans l'écosystème de Silver Springs, en Floride, dans les années 1940 (Figure 46.5). Les producteurs primaires ont généré 20 819 kcal/m 2 /an (kilocalories par mètre carré par an), les consommateurs primaires ont généré 3368 kcal/m 2 /an, les consommateurs secondaires ont généré 383 kcal/m 2 /an, et les consommateurs tertiaires ont seulement généré 21 kcal/m 2 /an. Ainsi, il reste peu d'énergie pour un autre niveau de consommateurs dans cet écosystème.

Il y a un problème lors de l'utilisation des chaînes alimentaires pour décrire avec précision la plupart des écosystèmes. Même lorsque tous les organismes sont regroupés dans des niveaux trophiques appropriés, certains de ces organismes peuvent se nourrir d'espèces de plus d'un niveau trophique de même, certains de ces organismes peuvent être mangés par des espèces de plusieurs niveaux trophiques. En d'autres termes, le modèle linéaire des écosystèmes, la chaîne alimentaire, n'est pas complètement descriptif de la structure de l'écosystème. Un modèle holistique, qui tient compte de toutes les interactions entre les différentes espèces et de leurs relations interconnectées complexes entre elles et avec l'environnement, est un modèle plus précis et descriptif des écosystèmes. Un réseau trophique est une représentation graphique d'un réseau holistique et non linéaire de producteurs primaires, de consommateurs primaires et de consommateurs de niveau supérieur utilisé pour décrire la structure et la dynamique de l'écosystème (Figure 46.6).

Une comparaison des deux types de modèles d'écosystème structurel montre la force des deux. Les chaînes alimentaires sont plus flexibles pour la modélisation analytique, sont plus faciles à suivre et sont plus faciles à expérimenter, tandis que les modèles de réseaux trophiques représentent plus précisément la structure et la dynamique des écosystèmes, et les données peuvent être directement utilisées comme données d'entrée pour la modélisation de simulation.

Lien vers l'apprentissage

Dirigez-vous vers ce simulateur interactif en ligne pour étudier la fonction du réseau trophique. Dans le Laboratoires interactifs boîte, sous Nourriture Internet, Cliquez sur Étape 1. Lisez d'abord les instructions, puis cliquez sur Étape 2 pour des instructions supplémentaires. Lorsque vous êtes prêt à créer une simulation, dans le coin supérieur droit de la Laboratoires interactifs case, cliquez sur OUVRIR SIMULATEUR.

Deux types généraux de réseaux trophiques sont souvent représentés en interaction au sein d'un même écosystème. Un réseau trophique de pâturage (comme le réseau trophique du lac Ontario à la figure 46.6) a des plantes ou d'autres organismes photosynthétiques à sa base, suivis d'herbivores et de divers carnivores. Un réseau trophique détritique se compose d'une base d'organismes qui se nourrissent de matière organique en décomposition (organismes morts), appelés décomposeurs ou détritivores. Ces organismes sont généralement des bactéries ou des champignons qui recyclent la matière organique dans la partie biotique de l'écosystème car ils sont eux-mêmes consommés par d'autres organismes. Comme tous les écosystèmes nécessitent une méthode pour recycler les matériaux des organismes morts, la plupart des réseaux trophiques de pâturage ont un réseau trophique détritique associé. Par exemple, dans un écosystème de prairie, les plantes peuvent soutenir un réseau trophique de pâturage de différents organismes, primaires et autres niveaux de consommateurs, tout en soutenant en même temps un réseau trophique détritique de bactéries, de champignons et d'invertébrés détritivores se nourrissant de plantes et d'animaux morts. .

Connexion Évolution

Épinoche à trois épines

Il est bien établi par la théorie de la sélection naturelle que les changements dans l'environnement jouent un rôle majeur dans l'évolution des espèces au sein d'un écosystème. Cependant, on sait peu de choses sur la façon dont l'évolution des espèces au sein d'un écosystème peut modifier l'environnement de l'écosystème. En 2009, le Dr Luke Harmon, de l'Université de l'Idaho, a publié un article qui, pour la première fois, montrait que l'évolution des organismes en sous-espèces peut avoir des effets directs sur leur environnement écosystémique. 1

L'épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus) est un poisson d'eau douce qui a évolué à partir d'un poisson d'eau salée pour vivre dans des lacs d'eau douce il y a environ 10 000 ans, ce qui est considéré comme un développement récent au cours de l'évolution (figure 46.7). Au cours des 10 000 dernières années, ces poissons d'eau douce se sont ensuite isolés les uns des autres dans différents lacs. Selon la population lacustre étudiée, les résultats ont montré que ces épinoches sont ensuite restées en une seule espèce ou ont évolué en deux espèces. La divergence des espèces a été rendue possible par leur utilisation de différentes zones de l'étang pour l'alimentation appelées micro-niches.

Le Dr Harmon et son équipe ont créé des microcosmes d'étangs artificiels dans des réservoirs de 250 gallons et ont ajouté de la boue provenant d'étangs d'eau douce comme source de zooplancton et d'autres invertébrés pour nourrir les poissons. Dans différents bassins expérimentaux, ils ont introduit une espèce d'épinoche provenant d'un lac monospécifique ou bispécifique.

Au fil du temps, l'équipe a observé que certains des réservoirs étaient recouverts d'algues alors que d'autres ne le faisaient pas. Cela a intrigué les scientifiques, et ils ont décidé de mesurer le carbone organique dissous (COD) de l'eau, qui se compose principalement de grosses molécules de matière organique en décomposition qui donnent à l'eau du bassin sa couleur légèrement brunâtre. Il s'est avéré que l'eau des réservoirs contenant des poissons bispécifiques contenait des particules plus grosses de COD (et donc une eau plus foncée) que l'eau contenant des poissons monospécifiques. Cette augmentation du COD bloquait la lumière du soleil et empêchait la prolifération des algues. À l'inverse, l'eau du réservoir monospécifique contenait des particules de COD plus petites, permettant une plus grande pénétration de la lumière du soleil pour alimenter les proliférations d'algues.

Ce changement dans l'environnement, qui est dû aux différentes habitudes alimentaires des espèces d'épinoches dans chaque type de lac, a probablement un impact important sur la survie d'autres espèces dans ces écosystèmes, en particulier d'autres organismes photosynthétiques. Ainsi, l'étude montre que, au moins dans ces écosystèmes, l'environnement et l'évolution des populations ont des effets réciproques qui peuvent désormais être pris en compte dans les modèles de simulation.

Recherche sur la dynamique des écosystèmes : expérimentation et modélisation des écosystèmes

L'étude des changements dans la structure de l'écosystème causés par des changements dans l'environnement (perturbations) ou par des forces internes est appelée dynamique des écosystèmes. Les écosystèmes sont caractérisés à l'aide de diverses méthodologies de recherche. Certains écologistes étudient les écosystèmes à l'aide de systèmes expérimentaux contrôlés, tandis que certains étudient des écosystèmes entiers dans leur état naturel, et d'autres utilisent les deux approches.

Un modèle d'écosystème holistique tente de quantifier la composition, l'interaction et la dynamique d'écosystèmes entiers, il est le plus représentatif de l'écosystème dans son état naturel. Un réseau trophique est un exemple de modèle d'écosystème holistique. Cependant, ce type d'étude est limité par le temps et les dépenses, ainsi que par le fait qu'il n'est ni faisable ni éthique de faire des expériences sur de grands écosystèmes naturels. Il est difficile de quantifier toutes les espèces différentes dans un écosystème et la dynamique de leur habitat, en particulier lors de l'étude de grands habitats tels que la forêt amazonienne.

Pour ces raisons, les scientifiques étudient les écosystèmes dans des conditions plus contrôlées. Les systèmes expérimentaux impliquent généralement soit de partitionner une partie d'un écosystème naturel qui peut être utilisé pour des expériences, appelé mésocosme, soit de recréer entièrement un écosystème dans un environnement de laboratoire intérieur ou extérieur, appelé microcosme. Une limitation majeure de ces approches est que le retrait d'organismes individuels de leur écosystème naturel ou la modification d'un écosystème naturel par partition peut modifier la dynamique de l'écosystème. Ces changements sont souvent dus à des différences de nombre et de diversité des espèces ainsi qu'à des altérations de l'environnement causées par le cloisonnement (mésocosme) ou la recréation (microcosme) de l'habitat naturel. Ainsi, ces types d'expériences ne sont pas totalement prédictifs des changements qui se produiraient dans l'écosystème à partir duquel elles ont été recueillies.

Comme ces deux approches ont leurs limites, certains écologistes suggèrent que les résultats de ces systèmes expérimentaux ne devraient être utilisés qu'en conjonction avec des études écosystémiques holistiques pour obtenir les données les plus représentatives sur la structure, la fonction et la dynamique des écosystèmes.

Les scientifiques utilisent les données générées par ces études expérimentales pour développer des modèles d'écosystèmes qui démontrent la structure et la dynamique des écosystèmes. Ils utilisent trois types de base de modélisation des écosystèmes dans la recherche et la gestion des écosystèmes : un modèle conceptuel, un modèle analytique et un modèle de simulation. Un modèle conceptuel est un modèle d'écosystème qui se compose d'organigrammes pour montrer les interactions de différents compartiments des composants vivants et non vivants de l'écosystème. Un modèle conceptuel décrit la structure et la dynamique de l'écosystème et montre comment les perturbations environnementales affectent l'écosystème. Cependant, sa capacité à prédire les effets de ces perturbations est limitée. Les modèles analytiques et de simulation, en revanche, sont des méthodes mathématiques de description des écosystèmes qui sont effectivement capables de prédire les effets de changements environnementaux potentiels sans expérimentation directe, bien qu'avec certaines limitations quant à la précision. Un modèle analytique est un modèle d'écosystème créé à l'aide de formules mathématiques simples pour prédire les effets des perturbations environnementales sur la structure et la dynamique de l'écosystème. Un modèle de simulation est un modèle d'écosystème créé à l'aide d'algorithmes informatiques complexes pour modéliser de manière holistique les écosystèmes et pour prédire les effets des perturbations environnementales sur la structure et la dynamique des écosystèmes. Idéalement, ces modèles sont suffisamment précis pour déterminer quelles composantes de l'écosystème sont particulièrement sensibles aux perturbations, et ils peuvent servir de guide aux gestionnaires de l'écosystème (tels que les écologistes de la conservation ou les biologistes des pêches) dans le maintien pratique de la santé de l'écosystème.

Modèles conceptuels

Les modèles conceptuels sont utiles pour décrire la structure et la dynamique des écosystèmes et pour démontrer les relations entre les différents organismes d'une communauté et leur environnement. Les modèles conceptuels sont généralement représentés graphiquement sous forme d'organigrammes. Les organismes et leurs ressources sont regroupés dans des compartiments spécifiques avec des flèches indiquant la relation et le transfert d'énergie ou de nutriments entre eux. Ainsi, ces diagrammes sont parfois appelés modèles à compartiments.

Pour modéliser le cycle des nutriments minéraux, les nutriments organiques et inorganiques sont subdivisés en ceux qui sont biodisponibles (prêts à être incorporés dans les macromolécules biologiques) et ceux qui ne le sont pas. Par exemple, dans un écosystème terrestre à proximité d'un gisement de charbon, le carbone sera disponible pour les plantes de cet écosystème sous forme de gaz carbonique à court terme, et non à partir du charbon riche en carbone lui-même. Cependant, sur une période plus longue, des microorganismes capables de digérer le charbon vont incorporer son carbone ou le libérer sous forme de gaz naturel (méthane, CH4), transformant cette source organique indisponible en une source disponible. Cette conversion est grandement accélérée par la combustion de combustibles fossiles par l'homme, qui libère de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. On pense que cela est un facteur majeur dans l'augmentation des niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique à l'ère industrielle. Le dioxyde de carbone libéré par la combustion de combustibles fossiles est produit plus rapidement que les organismes photosynthétiques ne peuvent l'utiliser. Ce processus est intensifié par la réduction des arbres photosynthétiques en raison de la déforestation mondiale. La plupart des scientifiques s'accordent à dire que le taux élevé de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est une cause majeure du changement climatique mondial.

Des modèles conceptuels sont également utilisés pour montrer le flux d'énergie à travers des écosystèmes particuliers. La figure 46.8 est basée sur l'étude classique de Howard T. Odum sur l'écosystème holistique de Silver Springs, en Floride, au milieu du vingtième siècle. 2 Cette étude montre le contenu énergétique et le transfert entre les différents compartiments de l'écosystème.

Connexion visuelle

Pourquoi pensez-vous que la valeur de la productivité brute des producteurs primaires est la même que la valeur de la chaleur totale et de la respiration (20 810 kcal/m 2 /an) ?

Modèles analytiques et de simulation

La principale limitation des modèles conceptuels est leur incapacité à prédire les conséquences des changements des espèces de l'écosystème et/ou de l'environnement. Les écosystèmes sont des entités dynamiques et soumis à une variété de perturbations abiotiques et biotiques causées par des forces naturelles et/ou l'activité humaine. Les écosystèmes altérés par rapport à leur état d'équilibre initial peuvent souvent se remettre de telles perturbations et revenir à un état d'équilibre. Comme la plupart des écosystèmes sont soumis à des perturbations périodiques et sont souvent dans un état de changement, ils se rapprochent ou s'éloignent généralement de leur état d'équilibre. Il existe de nombreux états d'équilibre parmi les différentes composantes d'un écosystème, ce qui affecte l'écosystème dans son ensemble. De plus, comme les humains ont la capacité de modifier considérablement et rapidement le contenu en espèces et l'habitat d'un écosystème, le besoin de modèles prédictifs permettant de comprendre comment les écosystèmes réagissent à ces changements devient plus crucial.

Les modèles analytiques utilisent souvent des composants simples et linéaires des écosystèmes, tels que les chaînes alimentaires, et sont connus pour être mathématiquement complexes. Par conséquent, ils nécessitent une quantité importante de connaissances et d'expertise mathématiques. Bien que les modèles analytiques aient un grand potentiel, on pense que leur simplification d'écosystèmes complexes limite leur précision. Les modèles de simulation qui utilisent des programmes informatiques sont mieux à même de gérer les complexités de la structure des écosystèmes.

Un développement récent de la modélisation par simulation utilise des superordinateurs pour créer et exécuter des simulations individuelles, qui tiennent compte du comportement des organismes individuels et de leurs effets sur l'écosystème dans son ensemble. Ces simulations sont considérées comme les plus précises et prédictives des réponses complexes des écosystèmes aux perturbations.

Lien vers l'apprentissage

Visitez le projet Darwin pour voir une variété de modèles d'écosystèmes, y compris des simulations qui modélisent les relations prédateur-proie pour en savoir plus.


Niveaux de recherche écologique

Lorsqu'une discipline telle que la biologie est étudiée, il est souvent utile de la subdiviser en domaines connexes plus petits. Par exemple, les biologistes cellulaires intéressés par la signalisation cellulaire doivent comprendre la chimie des molécules de signalisation (qui sont généralement des protéines) ainsi que le résultat de la signalisation cellulaire. Les écologistes intéressés par les facteurs qui influencent la survie d'une espèce en voie de disparition pourraient utiliser des modèles mathématiques pour prédire comment les efforts de conservation actuels affectent les organismes en voie de disparition. Pour produire un ensemble solide d'options de gestion, un biologiste de la conservation doit collecter des données précises, y compris la taille actuelle de la population, les facteurs affectant la reproduction (comme la physiologie et le comportement), les exigences en matière d'habitat (comme les plantes et les sols) et les influences humaines potentielles sur les espèces menacées. population et son habitat (qui pourraient être dérivés d'études en sociologie et en écologie urbaine). Au sein de la discipline de l'écologie, les chercheurs travaillent à quatre niveaux spécifiques, parfois de manière discrète et parfois avec chevauchement : organisme, population, communauté et écosystème (Figure 2).

Figure 2. Les écologistes étudient au sein de plusieurs niveaux biologiques d'organisation. (crédit « organisms » : modification du travail par “Crystl”/Flickr crédit « ecosystems » : modification du travail par Tom Carlisle, US Fish and Wildlife Service Headquarters crédit « biosphere » : NASA)

Écologie des organismes

Les chercheurs qui étudient l'écologie au niveau de l'organisme s'intéressent aux adaptations qui permettent aux individus de vivre dans des habitats spécifiques. Ces adaptations peuvent être morphologiques, physiologiques et comportementales. Par exemple, le papillon bleu Karner (Lycaeides melissa samuelis) est un papillon rare qui ne vit que dans les zones ouvertes avec peu d'arbres ou d'arbustes, comme les landes de pins et les savanes de chênes. Il est considéré comme un spécialiste car les femelles pondent préférentiellement (c'est-à-dire pondent) sur le lupin sauvage (Figure 3). Cette adaptation préférentielle signifie que le papillon bleu de Karner est fortement dépendant de la présence de plantes de lupin sauvages pour sa survie continue.

Figure 3. (a) Le papillon bleu Karner (Lycaeides melissa samuelis). (b) Le lupin sauvage (Lupinus perennis) est la plante hôte du papillon bleu de Karner (crédit a : modification du travail de J & K Hollingsworth, USFWS crédit b : Joel Trick, USFWS)

Après l'éclosion, les chenilles larvaires émergent et passent quatre à six semaines à se nourrir uniquement de lupin sauvage. Les chenilles se nymphosent (se métamorphosent) et émergent comme des papillons après environ quatre semaines. Les papillons adultes se nourrissent du nectar des fleurs de lupin sauvage et d'autres espèces végétales. Un chercheur intéressé à étudier les papillons bleus de Karner au niveau de l'organisme pourrait, en plus de poser des questions sur la ponte, poser des questions sur la température préférée des papillons (une question physiologique) ou le comportement des chenilles lorsqu'elles sont à différents stades larvaires ( une question de comportement).

Écologie de la population

Une population est un groupe d'organismes se reproduisant qui sont membres de la même espèce vivant dans la même zone en même temps. (Les organismes qui sont tous membres de la même espèce sont appelés congénères.) Une population est identifiée, en partie, par l'endroit où elle vit, et sa zone de population peut avoir des limites naturelles ou artificielles : les limites naturelles peuvent être des rivières, des montagnes ou des déserts, tandis que des exemples de limites artificielles incluent l'herbe tondue, les structures artificielles, ou des routes. L'étude de l'écologie des populations se concentre sur le nombre d'individus dans une zone et comment et pourquoi la taille de la population change au fil du temps. Les écologistes des populations sont particulièrement intéressés par le dénombrement du papillon bleu de Karner, par exemple, car il est classé comme espèce en voie de disparition au niveau fédéral. Cependant, la répartition et la densité de cette espèce sont fortement influencées par la répartition et l'abondance du lupin sauvage. Les chercheurs pourraient poser des questions sur les facteurs qui ont conduit au déclin du lupin sauvage et sur leur impact sur les papillons bleus de Karner. Par exemple, les écologistes savent que le lupin sauvage prospère dans les zones ouvertes où les arbres et les arbustes sont largement absents. Dans les milieux naturels, les feux de forêt intermittents enlèvent régulièrement des arbres et des arbustes, aidant à maintenir les zones ouvertes dont le lupin sauvage a besoin. Des modèles mathématiques peuvent être utilisés pour comprendre comment la suppression des feux de forêt par les humains a entraîné le déclin de cette plante importante pour le papillon bleu de Karner.

Écologie communautaire

Une communauté biologique se compose des différentes espèces au sein d'une zone, généralement un espace tridimensionnel, et des interactions au sein et entre ces espèces. Les écologistes communautaires s'intéressent aux processus à l'origine de ces interactions et à leurs conséquences. Les questions sur les interactions conspécifiques se concentrent souvent sur la compétition entre les membres d'une même espèce pour une ressource limitée. Les écologistes étudient également les interactions entre diverses espèces, les membres de différentes espèces sont appelés hétérospécifiques. Des exemples d'interactions hétérospécifiques comprennent la prédation, le parasitisme, l'herbivorie, la compétition et la pollinisation. Ces interactions peuvent avoir des effets régulateurs sur la taille des populations et peuvent avoir un impact sur les processus écologiques et évolutifs affectant la diversité.

Par exemple, les larves de papillon bleu Karner forment des relations mutualistes avec les fourmis. Le mutualisme est une forme de relation à long terme qui a co-évolué entre deux espèces et dont chaque espèce bénéficie. Pour que le mutualisme existe entre les organismes individuels, chaque espèce doit recevoir un avantage de l'autre en conséquence de la relation. Les chercheurs ont montré qu'il y a une augmentation de la probabilité de survie lorsque les larves de papillon bleu Karner (chenilles) sont soignées par des fourmis. Cela pourrait être dû au fait que les larves passent moins de temps à chaque étape de leur vie lorsqu'elles sont entretenues par des fourmis, ce qui constitue un avantage pour les larves. Pendant ce temps, les larves de papillon bleu Karner sécrètent une substance riche en glucides qui est une source d'énergie importante pour les fourmis. Les larves bleues Karner et les fourmis bénéficient toutes deux de leur interaction.

Écologie des écosystèmes

L'écologie des écosystèmes est une extension de l'écologie des organismes, des populations et des communautés. L'écosystème est composé de tous les biotique composants (êtres vivants) dans une zone avec le abiotique composants (êtres non vivants) de cette zone. Certains des composants abiotiques comprennent l'air, l'eau et le sol. Les biologistes des écosystèmes posent des questions sur la façon dont les nutriments et l'énergie sont stockés et sur la façon dont ils se déplacent parmi les organismes et l'atmosphère, le sol et l'eau environnants.

Les papillons bleus de Karner et le lupin sauvage vivent dans un habitat stérile de chênes et de pins. Cet habitat est caractérisé par des perturbations naturelles et des sols pauvres en éléments nutritifs et pauvres en azote. La disponibilité des nutriments est un facteur important dans la répartition des plantes qui vivent dans cet habitat. Les chercheurs intéressés par l'écologie des écosystèmes pourraient poser des questions sur l'importance des ressources limitées et le mouvement des ressources, telles que les nutriments, à travers les parties biotiques et abiotiques de l'écosystème.

Regardez cette vidéo pour une autre introduction à l'écologie :

Division de l'étude écologique

L'écologie peut également être classée sur la base de :

  • les principaux types d'organismes à l'étude (par exemple, l'écologie animale, l'écologie végétale, l'écologie des insectes)
  • les biomes principalement étudiés (e.g. écologie forestière, écologie des prairies, écologie des déserts, écologie benthique, écologie marine, écologie urbaine)
  • la zone géographique ou climatique (par exemple, écologie arctique, écologie tropicale)
  • l'échelle spatiale considérée (e.g. macroécologie, écologie du paysage)
  • l'approche philosophique (par exemple l'écologie des systèmes qui adopte une approche holistique)
  • les méthodes utilisées (par exemple, l'écologie moléculaire)

Des organismes individuels peuvent se manger les uns les autres, se disputer des ressources partagées et s'entraider pour survivre. Chaque paire des espèces dans un écosystème peut être caractérisée par le type et la force de ces interactions, mesurées comme leur contribution au dN/dt.

L'abondance d'une population est influencée par les chaînes d'interactions qui la relient aux autres espèces de son écosystème. Cela conduit souvent à un comportement complexe, et un défi clé en écologie est de déterminer quels modèles d'abondance et de diversité peuvent être prédits.


14 cheminements de carrière pour une majeure en biologie qui ne nécessitent pas d'école de médecine

Il existe de nombreuses professions pour ceux qui ont étudié les organismes vivants et qui ne souhaitent pas poursuivre une carrière de médecin.

Par Hannah Docter-Loeb, Université Wesleyenne

Réflexions x 25 août 2020

14 cheminements de carrière pour une majeure en biologie qui ne nécessitent pas d'école de médecine

Il existe de nombreuses professions pour ceux qui ont étudié les organismes vivants et qui ne souhaitent pas poursuivre une carrière de médecin.

Par Hannah Docter-Loeb, Université Wesleyenne

En tant que majeure en biologie, on me demande constamment si je suis sur la piste de l'école de médecine, ou "pré-med" comme on l'appelle familièrement. Bien que je n'aie pas l'intention d'aller à l'école de médecine –– et oui, je sais que si je le faisais, je m'appellerais Dr. Docter-Loeb –– j'ai l'impression que l'on s'attend à ce que les majors de biologie y assistent. Cependant, il existe d'innombrables autres façons de faire bon usage d'un diplôme en biologie, dont beaucoup ne nécessitent rien au-delà d'un baccalauréat.

1. Biologiste

Vous aimez le laboratoire et les parties pratiques de la majeure en biologie ? Les biologistes font tout cela comme une carrière. Élément crucial du progrès scientifique, les biologistes passent leurs journées à effectuer des expériences et à collecter des données pour essayer de comprendre les mécanismes sous-jacents des systèmes biologiques. Ils peuvent se spécialiser dans n'importe quoi, de la microbiologie à la zoologie, selon leurs intérêts.

2. Travail à but non lucratif

Les organisations à but non lucratif peuvent également être un endroit idéal pour ceux qui ont un diplôme en biologie. Du projet Innocence, un groupe de défense qui utilise des preuves ADN pour disculper les personnes condamnées à tort, à Scientista, une fondation vouée à l'encouragement et au soutien des femmes intéressées par les STEM, il existe de nombreuses options pour celles qui souhaitent utiliser leurs connaissances en biologie dans le secteur à but non lucratif. Idealist.org est une excellente ressource pour parcourir les organisations à but non lucratif, car vous pouvez indiquer votre domaine d'intérêt avec la fonction de recherche.

3. Conseiller génétique

Les conseillers en génétique interprètent les antécédents familiaux et médicaux pour conseiller les clients sur le risque de maladie ou de troubles génétiques. Ils sont souvent consultés avant la conception pour déterminer, en fonction de la constitution génétique des parents, si leur progéniture sera ou non en bonne santé. Les conseillers en génétique doivent avoir une solide compréhension de la biologie, en particulier de la génétique, afin de comprendre les contributions génétiques aux maladies et aux troubles.

4. Spécialiste de la communication sur la santé

Pour toute personne tiraillée entre une carrière dans les relations publiques et la biologie, la communication sur la santé peut être un bon compromis. Le travail d'un spécialiste de la communication en santé est d'informer le grand public des problèmes de santé. Bien qu'une formation en biologie ne soit pas requise, elle peut être utile pour éduquer les populations sur les effets des problèmes de santé tels que les maladies transmissibles.

5. Éducateur en santé

6. Représentants des ventes pharmaceutiques

A l'intersection des affaires et de la biologie se trouve l'industrie pharmaceutique. Une partie importante de l'industrie, les représentants pharmaceutiques sont chargés de vendre des fournitures médicales, de la technologie médicale et des médicaments aux hôpitaux, cliniques et autres cabinets médicaux. Les majors en biologie sont d'excellents commerciaux, car ils sont capables de comprendre les éléments fondamentaux des produits et de les expliquer en détail aux acheteurs potentiels.

7. Ingénieur biomédical

Le génie biomédical (BME) est un domaine multidisciplinaire qui allie ingénierie et biologie. Considéré par Forbes comme l'un des « emplois STEM les plus rémunérateurs et les moins stressants que vous n'ayez probablement pas envisagé », les ingénieurs biomédicaux appliquent les principes d'ingénierie à la biologie et à la médecine, généralement à des fins de soins de santé. Bien que BME exige spécifiquement un diplôme en génie biomédical, un baccalauréat en biologie peut être un bon tremplin vers une maîtrise ou un doctorat dans le domaine.

8. Technicien de laboratoire médical

Un emploi de niveau d'entrée pour les majors de biologie, les techniciens de laboratoire médical travaillent dans les hôpitaux, les laboratoires médicaux et de diagnostic ou les cabinets de médecins et sont chargés de préparer des tests de laboratoire et de collecter des échantillons de patients. Les gens sont toujours à la recherche de techniciens de laboratoire. En fait, le Bureau of Labor Statistics s'attend à ce que l'emploi de technologues et de techniciens de laboratoire clinique augmente de 11 % de 2018 à 2028, ce qui est beaucoup plus rapide que la moyenne de toutes les autres professions.

9. Avocat

De nombreux secteurs du droit différents recherchent des avocats ayant une formation en biologie. Il y a le droit des brevets, où les avocats représentent des clients cherchant à obtenir des brevets, et ont souvent besoin d'avocats titulaires d'un baccalauréat dans une matière technique telle que la biologie. Une formation en biologie peut également être utile en droit de l'environnement pour comprendre les impacts écologiques et sur la santé humaine de la pollution et des projets de construction (tels que les barrages, les bâtiments, etc.). Il existe également la possibilité de devenir un avocat pour faute professionnelle médicale, qui utilise des connaissances et des preuves biologiques pour poursuivre les professionnels de la santé pour un traitement contraire à l'éthique ou une faute professionnelle.

10. Écrivain

Si vous ne possédez pas les compétences en communication orale recommandées pour bon nombre des emplois susmentionnés, la rédaction scientifique est peut-être pour vous. Qu'il s'agisse d'utiliser vos connaissances biologiques pour composer la prochaine sensation de science-fiction, ou d'écrire et d'éditer des articles pour une revue scientifique –– une carrière qui s'appelle en fait « écrivain scientifique » –– il y a toujours de la place pour l'écriture scientifique.

11. Garde-parc

Utilisez vos connaissances en biologie au grand air! Les gardes forestiers sont responsables de la protection et de la préservation des parcs aux niveaux local, étatique et national. Les gardes forestiers sont également chargés d'éduquer le public sur l'histoire et l'écologie des parcs. Les formations en biologie, notamment en écologie, sont ainsi encouragées.

12. Technicien médical d'urgence

Les techniciens médicaux d'urgence, connus sous l'acronyme EMT, fournissent des services médicaux d'urgence à ceux qui en ont besoin. Pour devenir EMT, vous n'avez pas besoin d'aller à l'école de médecine, mais vous devez être formellement formé et certifié. Comme on pourrait l'imaginer à partir d'un travail qui travaille directement avec les humains, une base solide en biologie humaine, anatomie et physiologie est requise.

13. Médecin légiste

Êtes-vous un accro à la biologie et au crime ? Alors la science médico-légale est peut-être pour vous. Les médecins légistes utilisent des techniques, telles que le profilage ADN et l'analyse des empreintes digitales, pour examiner les preuves. Ces preuves sont souvent recueillies sur les scènes de crime et peuvent être utilisées pour aider à condamner ou à disculper l'accusé.

14. Professeur de biologie ou professeur

Bien que je sois partial en ce sens que c'est ce qui m'intéresse en tant que carrière, je pense vraiment que l'une des meilleures choses que vous puissiez faire avec les connaissances en biologie est de les partager avec les autres par le biais de l'enseignement. Whether you’re teaching at the high school or university level, there is always a demand for good biology teachers. The experience can be extremely impactful and rewarding, as you have the opportunity to instill an excitement for biology in a younger generation.


29 The Laws of Thermodynamics

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

La thermodynamique fait référence à l'étude de l'énergie et du transfert d'énergie impliquant la matière physique. The matter and its environment relevant to a particular case of energy transfer are classified as a system, and everything outside that system is the surroundings. Par exemple, lorsque vous chauffez une casserole d'eau sur le poêle, le système comprend le poêle, la casserole et l'eau. Energy transfers within the system (between the stove, pot, and water). Il existe deux types de systèmes : ouverts et fermés. An open system is one in which energy can transfer between the system and its surroundings. The stovetop system is open because it can lose heat into the air. A closed system is one that cannot transfer energy to its surroundings.

Les organismes biologiques sont des systèmes ouverts. Energy exchanges between them and their surroundings, as they consume energy-storing molecules and release energy to the environment by doing work. Like all things in the physical world, energy is subject to the laws of physics. Les lois de la thermodynamique régissent le transfert d'énergie dans et entre tous les systèmes de l'univers.

The First Law of Thermodynamics

The first law of thermodynamics deals with the total amount of energy in the universe. It states that this total amount of energy is constant. En d'autres termes, il y a toujours eu et il y aura toujours exactement la même quantité d'énergie dans l'univers. L'énergie existe sous de nombreuses formes différentes. According to the first law of thermodynamics, energy may transfer from place to place or transform into different forms, but it cannot be created or destroyed. Les transferts et les transformations d'énergie ont lieu tout le temps autour de nous. Light bulbs transform electrical energy into light energy. Les poêles à gaz transforment l'énergie chimique du gaz naturel en énergie thermique. Plants perform one of the most biologically useful energy transformations on earth: that of converting sunlight energy into the chemical energy stored within organic molecules ((Figure)). (Figure) examples of energy transformations.

Le défi pour tous les organismes vivants est d'obtenir de l'énergie de leur environnement sous des formes qu'ils peuvent transférer ou transformer en énergie utilisable pour effectuer un travail. Living cells have evolved to meet this challenge very well. Chemical energy stored within organic molecules such as sugars and fats transforms through a series of cellular chemical reactions into energy within ATP molecules. L'énergie contenue dans les molécules d'ATP est facilement accessible pour effectuer un travail. Examples of the types of work that cells need to do include building complex molecules, transporting materials, powering the beating motion of cilia or flagella, contracting muscle fibers to create movement, and reproduction.


The Second Law of Thermodynamics

Les tâches principales d'une cellule vivante consistant à obtenir, transformer et utiliser de l'énergie pour effectuer un travail peuvent sembler simples. However, the second law of thermodynamics explains why these tasks are harder than they appear. None of the energy transfers that we have discussed, along with all energy transfers and transformations in the universe, is completely efficient. Dans chaque transfert d'énergie, une certaine quantité d'énergie est perdue sous une forme inutilisable. Dans la plupart des cas, cette forme est l'énergie thermique. Thermodynamically, scientists define heat energy as energy that transfers from one system to another that is not doing work. For example, when an airplane flies through the air, it loses some of its energy as heat energy due to friction with the surrounding air. This friction actually heats the air by temporarily increasing air molecule speed. Likewise, some energy is lost as heat energy during cellular metabolic reactions. This is good for warm-blooded creatures like us, because heat energy helps to maintain our body temperature. Strictly speaking, no energy transfer is completely efficient, because some energy is lost in an unusable form.

An important concept in physical systems is that of order and disorder (or randomness). The more energy that a system loses to its surroundings, the less ordered and more random the system. Scientists refer to the measure of randomness or disorder within a system as entropy . Une entropie élevée signifie un désordre élevé et une énergie faible ((Figure)). To better understand entropy, think of a student’s bedroom. If no energy or work were put into it, the room would quickly become messy. It would exist in a very disordered state, one of high entropy. Energy must be put into the system, in the form of the student doing work and putting everything away, in order to bring the room back to a state of cleanliness and order. This state is one of low entropy. Similarly, a car or house must be constantly maintained with work in order to keep it in an ordered state. Laissée seule, l'entropie d'une maison ou d'une voiture augmente progressivement à cause de la rouille et de la dégradation. Molecules and chemical reactions have varying amounts of entropy as well. For example, as chemical reactions reach a state of equilibrium, entropy increases, and as molecules at a high concentration in one place diffuse and spread out, entropy also increases.

Transfert d'énergie et entropie résultante Mettez en place une expérience simple pour comprendre comment l'énergie est transférée et comment se produit un changement d'entropie.

  1. Take a block of ice. This is water in solid form, so it has a high structural order. This means that the molecules cannot move very much and are in a fixed position. La température de la glace est de 0°C. En conséquence, l'entropie du système est faible.
  2. Allow the ice to melt at room temperature. What is the state of molecules in the liquid water now? How did the energy transfer take place? L'entropie du système est-elle supérieure ou inférieure ? Pourquoi?
  3. Heat the water to its boiling point. Qu'arrive-t-il à l'entropie du système lorsque l'eau est chauffée ?

Think of all physical systems of in this way: Living things are highly ordered, requiring constant energy input to maintain themselves in a state of low entropy. As living systems take in energy-storing molecules and transform them through chemical reactions, they lose some amount of usable energy in the process, because no reaction is completely efficient. They also produce waste and by-products that are not useful energy sources. This process increases the entropy of the system’s surroundings. Étant donné que tous les transferts d'énergie entraînent une perte d'énergie utilisable, la deuxième loi de la thermodynamique stipule que chaque transfert ou transformation d'énergie augmente l'entropie de l'univers. Même si les êtres vivants sont très ordonnés et maintiennent un état de faible entropie, l'entropie totale de l'univers augmente constamment en raison de la perte d'énergie utilisable à chaque transfert d'énergie qui se produit. Essentially, living things are in a continuous uphill battle against this constant increase in universal entropy.


Résumé de la section

En étudiant l'énergie, les scientifiques utilisent le terme « système » pour désigner la matière et son environnement impliqués dans les transferts d'énergie. Tout en dehors du système est l'environnement. Les cellules individuelles sont des systèmes biologiques. Nous pouvons considérer les systèmes comme ayant un certain ordre. Il faut de l'énergie pour rendre un système plus ordonné. Plus un système est ordonné, plus son entropie est faible. L'entropie est une mesure d'un trouble du système. Plus un système devient désordonné, plus son énergie est faible et plus son entropie est élevée.

Les lois de la thermodynamique sont une série de lois qui décrivent les propriétés et les processus de transfert d'énergie. La première loi stipule que la quantité totale d'énergie dans l'univers est constante. Cela signifie que l'énergie ne peut pas être créée ou détruite, seulement transférée ou transformée. La deuxième loi de la thermodynamique stipule que chaque transfert d'énergie implique une perte d'énergie sous une forme inutilisable, telle que l'énergie thermique, ce qui entraîne un système plus désordonné. En d'autres termes, aucun transfert d'énergie n'est totalement efficace, et tous les transferts tendent vers le désordre.

Questions de révision

Which of the following is not an example of an energy transformation?

  1. turning on a light switch
  2. solar panels at work
  3. formation of static electricity
  4. none of the above

In each of the three systems, determine the state of entropy (low or high) when comparing the first and second: i. the instant that a perfume bottle is sprayed compared with 30 seconds later, ii. an old 1950s car compared with a brand new car, and iii. a living cell compared with a dead cell.

  1. je. low, ii. high, iii. meugler
  2. je. low, ii. high, iii. haute
  3. je. high, ii. low, iii. haute
  4. je. high, ii. low, iii. meugler

Questions de pensée critique

Imaginez une fourmilière élaborée avec des tunnels et des passages dans le sable où les fourmis vivent dans une grande communauté. Imaginez maintenant qu'un tremblement de terre a secoué le sol et démoli la fourmilière. Dans lequel de ces deux scénarios, avant ou après le tremblement de terre, le système de fourmilière était-il dans un état d'entropie supérieure ou inférieure ?

La fourmilière avait une entropie plus faible avant le tremblement de terre car il s'agissait d'un système hautement ordonné. Après le tremblement de terre, le système est devenu beaucoup plus désordonné et avait une entropie plus élevée.

Les transferts d'énergie ont lieu en permanence dans les activités quotidiennes. Pensez à deux scénarios : cuisiner sur une cuisinière et conduire. Expliquez comment la deuxième loi de la thermodynamique s'applique à ces deux scénarios.

Pendant la cuisson, les aliments se réchauffent sur la cuisinière, mais toute la chaleur ne va pas à la cuisson des aliments, une partie est perdue sous forme d'énergie thermique dans l'air ambiant, ce qui augmente l'entropie. Pendant la conduite, les voitures brûlent de l'essence pour faire tourner le moteur et déplacer la voiture. Cette réaction n'est pas complètement efficace, car une partie de l'énergie au cours de ce processus est perdue sous forme d'énergie thermique, c'est pourquoi le capot et les composants situés en dessous chauffent lorsque le moteur est allumé. Les pneus s'échauffent également à cause du frottement avec la chaussée, ce qui constitue une perte d'énergie supplémentaire. Ce transfert d'énergie, comme tous les autres, augmente également l'entropie.

Glossaire


Questions fréquemment posées

At the time of application to Duke, students choose to apply either to Duke's Trinity College of Arts and Sciences or the Pratt School of Engineering. All students matriculating into Trinity College begin as undeclared with regards to major and can freely select from among all of Duke's available majors, including Biology, when they declare their major (usually in the 4th semester).

Admissions at Duke is handled by a centralized Undergraduate Admissions Office, and academic departments such as Biology do not have a role in that process. Visit the Admissions Office website for tips on preparing for the college admissions process, characteristics they seek in applicants, how the process works, transferring to Duke from another institution, and more. Questions pertaining specifically to Admissions are best directed there. Please note that students who have already earned a Bachelor's degree are not eligible to also receive a Bachelor's degree from Duke.

What kind of Biology degrees are available at Duke?

Duke offers several programs in the biological sciences. Most students will pursue the BS degree with a Biology major. This program requires two ‘gateway’ courses in molecular biology, genetics and evolution, or a one semester 'gateway' with AP Biology 5, as well as introductory courses in chemistry, math and physics. It also requires at least eight or nine upper-level courses in the biological sciences (depending on gateway sequence). Three of those courses will involve exposure to essential areas in biology: organismal diversity, biological structure and function, and ecology. The other five or six courses (depending on gateway sequence) will be 'electives', allowing for advanced courses in whatever you're most interested in. So, although we do not have separate majors in specialties like molecular biology or botany or marine biology, it is possible to complete a biology major that 'concentrates' on these or many other areas.

In addition to the Biology major, Duke also has related majors in Neuroscience, Evolutionary Anthropology (primatology and human origins), Chemistry (with a biochemistry focus), Environmental Science and Policy, and Biomedical Engineering, as well as minors an certificates in Genome Sciences and Global Health. And it's certainly possible to use courses from these other programs to count towards a Biology degree.

What is the difference between a Bachelor of Arts in biology and a Bachelor of Science?

The Bachelor of Arts (A.B.) in Biology is the liberal arts major program, appropriate for students planning a career in law, policy, or secondary school teaching. It requires math and chemistry only through Calculus I and introductory chemistry.

The Bachelor of Science (B.S.) in Biology is the degree recommended for students contemplating a career in biological or biomedical sciences. The B.S. degree requires either Calculus II or statistics, organic chemistry, and physics corequisites.

Can I specialize my studies in biology?

Oui. As part of the Biology major, students may elect to complete requirements in specified sub-disciplines in the biological sciences. Currently available areas of concentration in the biology major are: anatomy, physiology and biomechanics, animal behavior, biochemistry, cell and molecular biology, evolutionary biology, genetics, genomics, marine biology, neurobiology, pharmacology, and plant biology. Completion of concentration requirements will result in a note on the student's transcript at graduation.

Can I use advanced placement in Biology?

A score of 4 or 5 on the AP Biology exam will provide you with advanced placement credit, Biology 20. All biology majors will start the biology ‘gateway’ courses: Students with Biology AP 5 may take Biology 203L in the Spring semester. All students may take Biology 201L and 202L (if not 203L). These courses will introduce the three foundations of modern biology: molecular biology, genetics and evolution. The gateway courses will take you deep into the topics, beyond AP Bio, and provide a foundation for other advanced courses in biology.

In addition, advanced placement is possible in chemistry, math and physics, depending on your exam scores and by the decision of the respective departments. Students who place out of the first year of chemistry or math will not have to retake those courses for the biology major.

Note that although you can only use two AP credits to reduce the number of credits you need to take for graduation (from 34 to 32), any number of AP credits can be used for placement out of introductory courses. So, advanced placement in chemistry, math and physics will reduce the courses needed to complete the biology major, freeing you up to take more advanced courses or courses in other disciplines.

Can I get involved in research?

Oui! Most biology majors will do at least one or two semesters of research as part of their major. You will be participating in state of the art research with world-class scientists in any one of the many of research labs in the University or the Medical Center (e.g, Cell Biology, Immunology, Cancer Biology, etc.). Most students will start in their junior or senior year, although many begin earlier. Most students will do research as part of their regular course work, receiving grades and academic credit for their research. Many students will have their work published in the scientific literature and use their research as the basis for graduation with honors. Special research opportunities are also available during summer. These fellowships generally pay a stipend so that students can live on campus or at the Marine Lab while immersed in their research experience.

How many bio majors are there? What are classes like? Who teaches them?

There are typically about 170 biology majors in each graduating class. In addition, there are about an equal number of students in other majors that will be taking introductory and 'pre-health' courses. So, the introductory courses may have as many as 150-200 students in lecture. The second level courses usually have 25-40 students each and the advanced lab courses and seminars are generally less than 20 students. However, even the larger lecture courses always split up once a week for lab or discussion with 15-20 students per section. While these sections may be led by a graduate teaching assistant, all the lecture and seminar courses are taught by regular faculty.

Can I study away and still do a biology major? Can I transfer courses during the summer?

Oui! Many Biology students will do at least one semester of Study Abroad, typically in their junior year. There are several programs that are especially popular with Biology majors including semester and summer programs in marine biology at the Duke Marine Lab and summer programs Australian biogeography and Alaskan biodiversity. In addition, there are many other study away programs that allow students the opportunity to take courses in biology as well as other fields. Moreover, the major in Biology is sufficiently flexible to allow students to take semester abroad with out any biology, to study art in Florence, for example.

What do Biology majors do when they graduate?

Following graduation, about 40% of Biology majors will go off to medical school and about 30% will attend graduate programs in the biological/biomedical sciences, though not all directly—many will take a few years to work in labs before starting graduate school. The remainder will do many things, including secondary school teaching, law school, business pursuits, or volunteer work with Teach for America, Peace Corps, etc. Duke Biology grads generally place well. For example, they have a rate of medical school acceptance that is twice the national average.


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Commentaires:

  1. Voodoojas

    Il y a quelque chose. Maintenant, tout est clair, merci pour l'aide dans cette question.

  2. Rashid

    Bref, c'est la nuit. Après le jeûne, j'ai été épuisé ... Je suis allé me ​​coucher.

  3. Umit

    Et j'ai même vraiment aimé ...

  4. Sebak

    En suivant la loi du sandwich, nous pouvons conclure que si un sandwich est enduit des deux côtés, il restera suspendu dans les airs. Quel âge a ton garçon manqué ? Seize? Oui, il est trop tard pour se faire avorter... Si l'ennemi n'abandonne pas, on le relance ! Ne jetez pas les gobies dans les urinoirs, on ne pisse pas dans vos cendriers pour piétiner KLAVA - ce n'est pas à vous de vous adonner au JOYSTICK... Schaub, vous avez vécu comme vous êtes pauvre ! La vie est si courte ! Soyez patient un peu ! Le vent soufflait si fort que les cigarettes se sont éteintes avec leurs dents ...

  5. Shaylon

    Idée lumineuse et opportune



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