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11.1 : Productivité primaire - Géosciences


Les océans constituent le plus grand habitat de la planète, s'étendant sur environ 71% de la surface de la Terre et contenant 97% de l'eau de la Terre. Ce dernier exemple illustre le lien évident entre les processus biologiques des autotrophes et des hétérotrophes à travers les réseaux trophiques.

La productivité primaire est le processus par lequel les substances inorganiques sont synthétisées par les organismes pour produire des matières organiques simples. Les producteurs primaires, ou autotrophes, sont responsables de ce phénomène. Des exemples courants de producteurs primaires comprennent les diatomées, les dinoflagellés et les coccolithophores. Les producteurs primaires peuvent être soit des photoautotrophes, des organismes qui synthétisent des composés organiques en utilisant le soleil comme source d'énergie, soit des chimioautotrophes, des organismes qui synthétisent des composés organiques à partir de molécules inorganiques présentes dans l'environnement. La photosynthèse et la chimiosynthèse contribuent toutes deux à la productivité primaire des océans, mais la photosynthèse est le processus dominant en ce qui concerne la quantité de carbone fixé et d'énergie stockée dans les composés organiques. La photosynthèse est utilisée par les autotrophes à la surface de la mer et en haut de la colonne d'eau où la lumière est abondante. En revanche, la chimiosynthèse se produit généralement dans des eaux plus profondes où peu ou pas de lumière est présente.

Il existe une multitude de facteurs qui déterminent l'efficacité de la productivité primaire. Bien que la quantité d'eau, de dioxyde de carbone, de nutriments inorganiques et de lumière du soleil jouent tous un rôle majeur dans la façon dont la productivité, tous ces composants n'agissent pas comme des facteurs limitants. Ni l'eau ni le dioxyde de carbone n'agissent comme facteurs limitants dans l'océan, car ils sont abondamment disponibles dans l'environnement. Pour les photoautotrophes, l'un des plus grands facteurs limitants est la lumière du soleil et la pénétration de la lumière dans les colonnes d'eau. Par conséquent, la plupart des photoautotrophes se trouvent près de la surface de l'océan (une zone bien nommée « la zone photique ») et peu se trouvent dans les zones de mélange à des profondeurs inférieures. De plus, les nutriments tels que l'azote inorganique, le phosphore, le fer et/ou la silice limitent les organismes vivants en raison de leur rareté dans l'océan.

La production primaire est la composante la plus élémentaire de l'énergie et la base des réseaux trophiques dans tous les environnements et écosystèmes. Dans l'océan, les autotrophes responsables de la production primaire sont le phytoplancton, les plantes marines et les macroalgues puisqu'ils effectuent tous la photosynthèse. Tous les photoautotrophes capturent l'énergie solaire en utilisant la pigmentation telle que la chlorophylle A, un pigment particulièrement efficace pour capturer l'énergie lumineuse dans les longueurs d'onde bleue et rouge de la lumière. Il existe divers pigments utilisés par les nombreux photoautotrophes différents dans l'océan.

La production primaire est souvent désignée de deux manières : production primaire brute et production primaire nette. L'ensemble des composés organiques produits par les producteurs primaires est appelé production primaire brute. Comme pour tout ce qui est impossible à 100% d'efficacité, les autotrophes ont besoin d'une partie des composés organiques qu'ils produisent pour leurs propres processus de respiration. La production primaire nette est la mesure de la matière organique produite par les autotrophes et disponible pour la consommation des hétérotrophes.


11.1 : Productivité primaire - Géosciences

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Modifications des éléments du système

L'un des principaux changements apportés aux éléments du système est que l'exigence relative à la culture de la sécurité alimentaire a été mise à jour (2.1.1.2).

C'est quelque chose qui devrait rapprocher le SQF et le BRCGS Food Safety Issue 8 et fait suite à l'accent mis sur la culture de sécurité alimentaire de la FDA dans son New Era Blueprint.

Une exigence de culture de sécurité alimentaire devrait rapprocher le SQF et le BRCGS

Cela dit, ce qui est requis ici n'est pas nécessairement nouveau car cela a été obligatoire dans d'autres éléments dans les versions antérieures, par exemple, la disponibilité de ressources adéquates pour garantir que les objectifs peuvent être atteints est l'exigence d'un engagement de la haute direction.

De même, ce qui est attendu et exigé de la section d'engagement des cadres supérieurs semble être comparable aux attentes de l'exigence de culture de sécurité alimentaire et les politiques de qualité devraient être mises à jour pour inclure la culture de sécurité alimentaire.

Les laboratoires internes qui effectuent des tests de sécurité alimentaire doivent s'assurer que les méthodes d'échantillonnage et de test sont conformes aux exigences applicables de la norme ISO/IEC 17025 et qu'un test de compétence annuel est effectué pour le personnel qui effectue le travail d'analyse.

Cette mise en garde n'est requise que pour ceux qui effectuent des tests de sécurité alimentaire et non des tests de qualité tels que Brix, et le laboratoire interne n'a pas besoin d'être accrédité ISO/IEC 17025.


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Facteurs écologiques de l'abondance des chasseurs-cueilleurs

Bien que les approches écologiques en anthropologie et en archéologie aient une histoire aussi longue que ces disciplines elles-mêmes, on sait peu de choses sur l'influence des conditions environnementales sur l'abondance des humains préindustriels. Notre nouvelle étude révèle que la productivité primaire nette, la biodiversité et les agents pathogènes ont fortement influencé le modèle mondial des densités de population des chasseurs-cueilleurs documentés ethnographiquement.

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Notre article « La productivité, la biodiversité et les agents pathogènes influencent la densité globale de la population de chasseurs-cueilleurs » dans le PNAS est ici : https://doi.org/10.1073/pnas.1715638115

L'histoire de fond de notre article est assez ennuyeuse. Il n'implique ni collecte de données dans des endroits exotiques ni expériences minutieuses en laboratoire. Cependant, c'est un bon exemple de ce qui peut résulter d'une collaboration interdisciplinaire. Le mélange des antécédents d'un archéologue (moi), d'un écologiste (Miska Luoto) et d'un palentologue (Jussi Eronen) nous a permis d'analyser d'anciennes données avec de nouvelles idées et de nouvelles perspectives - même si, finalement, nous avons dû admettre que même nos nouveaux les idées n'étaient pas complètement nouvelles.

Il y a quelques années, notre groupe à Helsinki a commencé à développer une modélisation de la distribution des espèces de la dynamique des populations de chasseurs-cueilleurs humains préhistoriques en complément de méthodes archéologiques et génétiques plus établies. L'idée est d'utiliser les informations sur la façon dont l'environnement influence la densité de population de chasseurs-cueilleurs dans les données ethnographiques modernes ou historiques pour prédire les densités de population préhistoriques. Un tel post-casting nécessite des informations sur les conditions environnementales passées, qui sont généralement dérivées de simulations de modèles climatiques.

Dans notre étude pionnière sur la dynamique des populations humaines en Europe au cours du dernier maximum glaciaire, nous avons modélisé la gamme et la densité de la population de chasseurs-cueilleurs en utilisant l'évapotranspiration potentielle, le bilan hydrique et la température moyenne du mois le plus froid. Nous avons pris ces trois variables à peu près comme données, car ce sont des prédicteurs écologiques de la densité de population dans les conditions froides et sèches de la période glaciaire. Cependant, nous n'avons pas exploré d'alternatives.

Après le premier article, il était clair pour moi que nous devions approfondir l'écologie des populations de chasseurs-cueilleurs à l'échelle mondiale. Les connaissances qui en résulteraient non seulement rendraient les simulations de la dynamique préhistorique plus robustes, mais elles seraient extrêmement intéressantes en elles-mêmes : les chasseurs-cueilleurs, et les populations humaines préindustrielles en général, offrent une rare opportunité d'étudier les moteurs de la distribution et de l'abondance. d'une seule espèce le long des gradients environnementaux mondiaux.

Des études antérieures ont montré que la productivité primaire et d'autres mesures de l'abondance des ressources ont influencé la densité des chasseurs-cueilleurs. Cependant, nous avons supposé que non seulement la quantité totale d'énergie disponible, mais aussi la diversité des ressources potentielles peuvent jouer un rôle important en stabilisant la variabilité de la subsistance des chasseurs-cueilleurs. Ainsi, et compte tenu du rôle hypothétique de la richesse spécifique dans la stabilisation de la productivité des écosystèmes en général (hypothèse diversité-stabilité), nous avons également voulu explorer l'effet de la biodiversité.

Relation entre la densité de population de chasseurs-cueilleurs et la productivité primaire nette.

La caractéristique la plus intrigante de la réponse de la densité de la population de chasseurs-cueilleurs à la variabilité environnementale est peut-être le pic de densité dans les climats tempérés et subtropicaux, où la productivité primaire nette est d'environ 1 400 g/m 2 /an, et le déclin et la stabilisation qui s'ensuivent. de densité lorsque la productivité dépasse 1 500 g/m 2 /an. Nous aurions supposé que la densité de population montre une réponse positive monotone à la disponibilité des ressources. Au lieu de cela, certains facteurs semblent contrer cette réponse positive dans les environnements à haute productivité et nous avons été fascinés par notre idée que les agents pathogènes seraient à l'origine du modèle observé.

Les résultats ont semblé confirmer notre intuition sur le rôle des agents pathogènes : le stress causé par les agents pathogènes était le prédicteur le plus puissant dans les environnements à haute productivité. Nos résultats ont également montré que la productivité avait un effet positif significatif sur la densité de population de chasseurs-cueilleurs tout au long de son gradient lorsque l'effet des agents pathogènes était maintenu constant - quelque chose que nous avions supposé, mais qui n'était pas évident dans la relation bivariée entre la productivité et la densité de population. Ce que nous n'avions pas prévu, ce sont les effets de seuil. La biodiversité s'est avérée être le prédicteur le plus fort dans les environnements à faible productivité des biomes arctiques, boréaux et tempérés, mais non significative dans les régions tropicales à haute productivité, alors que les agents pathogènes ont montré le schéma opposé. Il a fallu l'expertise des deux écologistes de notre équipe pour reconnaître que le schéma observé ressemblait au schéma des facteurs affectant la biodiversité mondiale : la disponibilité des ressources est importante dans les hautes et moyennes latitudes alors que les interactions biotiques deviennent plus dominantes sous les tropiques. Il est tentant de spéculer que ces similitudes dans les modèles de facteurs limitants de l'abondance d'une seule espèce et de la biodiversité mondiale pourraient également suggérer des similitudes dans les mécanismes sous-jacents.

La productivité primaire nette, la biodiversité et les agents pathogènes limitent la densité mondiale de la population de chasseurs-cueilleurs, mais leurs effets varient selon les différentes parties du globe. La biodiversité affecte la densité de population principalement dans les environnements à faible productivité, tandis que le stress pathogène est une contrainte cruciale sur la densité de population, en particulier sous les tropiques. Les flèches bleues, rouges et grises indiquent respectivement l'effet positif, négatif et statistiquement non significatif d'une variable. L'épaisseur d'une flèche indique la force de l'effet d'une variable.

Lors de la mise au point finale de notre manuscrit, nous voulions souligner le résultat selon lequel les biomes tempérés et subtropicaux semblaient offrir les conditions les plus appropriées pour les chasseurs-cueilleurs en raison de l'optimum entre les effets positifs de la disponibilité des ressources et les effets négatifs des agents pathogènes. Sachant que l'éminent anthropologue Lewis Binford avait précédemment observé que les biomes tempérés et subtropicaux offrent des conditions optimales aux chasseurs-cueilleurs, je suis revenu à ses écrits 1 pour savoir s'il avait suggéré un mécanisme pour cet optimum. Étonnamment, j'ai découvert que Binford proposait que la disponibilité des ressources et agents pathogènes jouerait un rôle important dans la conduite de l'abondance des chasseurs-cueilleurs ! J'étais un peu confus – notre idée n'était pas aussi nouvelle que nous l'avions pensé. Heureusement pour nous, cependant, Binford n'avait pas quantifié ces relations. Ce n'était qu'une proposition – une idée que nous avions maintenant corroborée par des données. Très probablement, j'avais lu la proposition de Binford sur l'interaction des ressources et des agents pathogènes il y a des années, j'avais oublié d'où venait cette idée et j'avais commencé à penser qu'il s'agissait de notre propre développement. C'était un bon rappel que les idées nouvelles en science sont rarement complètement nouvelles.


Fondamentaux

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