Qu'est-ce qu'un modèle d'écosystème?
Un modèle d'écosystème est une représentation d'un écosystème présenté sous forme mathématique. De tels modèles sont utilisés en écologie théorique pour aider les écologistes à étudier les écosystèmes existants et à prédire ce qui pourrait arriver dans certaines conditions. Un écosystème est incroyablement complexe, de sorte qu'un modèle d'écosystème doit généralement simplifier le système en se concentrant uniquement sur des parties spécifiques.
Les écosystèmes sont des environnements biologiques. Ils incluent toutes les créatures vivantes dans une zone particulière ainsi que les caractéristiques physiques de cette zone qui pourraient affecter ou être utilisées par les organismes qu’elle contient. Ceux-ci pourraient être des choses telles que l'air, l'eau ou la quantité de lumière solaire. Le modèle doit également prendre en compte la taille de l'environnement à l'étude car cela peut avoir un effet sur les organismes qu'il contient.
Pour créer un modèle mathématique fonctionnel, un écologiste doit simplifier l’écosystème qu’il ou elle tente d’étudier. Cela peut être fait en se concentrant sur un nombre limité d'espèces ou de groupes partageant certains traits. Ces traits pourraient être comportementaux, biochimiques ou physiques.
Une fois que l'écologiste a isolé les organismes d'intérêt, il leur crée une chaîne alimentaire. Une chaîne alimentaire est une représentation des relations prédateur-proie. Par exemple, si l'animal d'intérêt est le coyote, la chaîne alimentaire peut indiquer que le coyote mange des lapins, qui mangent la végétation au sol. Les coyotes, les lapins et la végétation deviendront tous des éléments du modèle d'écosystème.
Les éléments du modèle d'écosystème sont ensuite liés entre eux à l'aide de fonctions mathématiques décrivant leurs relations. Là encore, la complexité d'un écosystème pose un problème à l'écologiste. Il est difficile d’observer quel effet réel aura la consommation d’un lapin sur la population de coyotes. Les écologistes utilisent donc des statistiques, des méthodes d’observation et d’autres méthodes pour parvenir à une supposition éclairée. Les fonctions mathématiques peuvent être ajustées lorsque des événements réels dans l'écosystème prouvent ou réfutent la précision du modèle d'écosystème.
Un modèle classique d'écosystème étudié par les étudiants en écologie est le modèle prédateur-proie créé au milieu des années 20. Il a été créé indépendamment par deux scientifiques en l'espace d'un an: le mathématicien, chimiste et statisticien américain Alfred J. Lotka et le mathématicien et physicien italien Vito Volterra. Leur modèle utilise une paire d'équations différentielles pour représenter les prédateurs et les proies. Bien que utilisé à l'origine pour décrire les fluctuations des populations de requins et de poissons en mer Adriatique, le modèle fonctionne comme une description générale de la relation prédateur-proie.