En biologie , le terme espèce désigne l’ensemble des organismes de même nature potentiellement capables, dans des conditions naturelles, de se reproduire et d’engendrer une descendance fertile. Les membres d’une espèce vivant dans une zone donnée au même moment constituent une population. L’ensemble des populations vivant et interagissant dans une zone géographique particulière constitue une communauté biologique (ou biotique). Les organismes vivants d’une communauté, ainsi que leur environnement non vivant ou abiotique, constituent un écosystème. En théorie, un écosystème (et la communauté biologique qui constitue sa composante vivante) peut être aussi petit que quelques larves de moustiques vivant dans une flaque d’eau de pluie ou aussi grand qu’une prairie s’étendant sur des milliers de kilomètres.
Une très grande communauté biotique générale telle que la forêt boréale est appelée un biome .
Il est souvent difficile, cependant, de définir où une communauté ou un écosystème s’arrête et où un autre commence. Les organismes peuvent passer une partie de leur vie dans une zone et une autre dans une autre. L’eau, les nutriments, les sédiments et d’autres facteurs abiotiques sont transportés d’un endroit à l’autre par les forces géologiques et les organismes migrateurs. Bien qu’il puisse sembler qu’un lac et la terre ferme qui l’entoure, par exemple, soient nettement différents dans leurs conditions environnementales et leurs communautés biologiques, il peut y avoir un grand échange de matériaux et d’organismes de l’un à l’autre. Les insectes tombent dans le lac et sont mangés par les poissons. Les amphibiens quittent le lac pour chasser sur la rive. Le sol s’érode de la terre et fertilise l’eau. L’eau évaporée de la surface du lac retombe sur la terre sous forme de pluie qui nourrit la vie végétale. Chaque communauté biologique nécessite un afflux plus ou moins constant d’énergie pour maintenir les processus vivants.
Plusieurs catégories et processus écologiques importants caractérisent chaque communauté biologique. La productivité décrit la quantité de biomasse produite par les plantes vertes lorsqu’elles captent la lumière du soleil et créent de nouveaux composés organiques. Une forêt tropicale ou un champ de maïs du Midwest peuvent avoir des taux de productivité très élevés, tandis que les déserts et l’arctictundra ont tendance à être très peu productifs. Les niveaux trophiques décrivent les méthodes utilisées par les membres de la communauté biologique pour obtenir de la nourriture. Les producteurs primaires sont les plantes vertes qui dépendent de la photosynthèse pour se nourrir. Les consommateurs primaires sont les herbivores qui mangent les plantes. Les consommateurs secondaires sont les carnivores qui se nourrissent d’herbivores. Les carnivores supérieurs sont de grands animaux féroces qui occupent le niveau le plus élevé de la chaîne alimentaire ou du réseau alimentaire. Personne ne mange les carnivores supérieurs, à l’exception des charognards (comme les vautours et les hyènes) et des décomposeurs (comme les champignons et les bactéries) qui consomment les organismes morts et recyclent leurs corps dans la composante abiotique de l’écosystème. En raison de la deuxième loi de la thermodynamique, la majorité de l’énergie de chaque niveau trophique n’est pas disponible pour les organismes du niveau supérieur suivant. Cela signifie que chaque niveau trophique successif compte généralement beaucoup moins de membres que les proies dont ils se nourrissent. Alors qu’il pourrait y avoir des milliers de producteurs primaires dans une communauté particulière, il pourrait n’y avoir que quelques prédateurs supérieurs.
L’abondance est une expression du nombre total d’organismes dans une communauté biologique, tandis que la diversité est une mesure du nombre d’espèces différentes dans cette communauté. La toundra arctique de l’Alaska abrite de vastes nuées d’insectes, d’énormes volées d’oiseaux migrateurs et de grands troupeaux de quelques espèces de mammifères pendant la brève saison de croissance estivale. Elle présente donc une grande abondance mais très peu de diversité. La forêt tropicale humide, en revanche, peut compter plusieurs milliers d’espèces d’arbres différentes et un nombre encore plus grand d’espèces d’insectes sur quelques hectares seulement, mais il se peut qu’il n’y ait que quelques individus représentant chacune de ces espèces dans cette zone. Ainsi, la forêt pourrait avoir une diversité extrêmement élevée mais une faible abondance d’une espèce particulière. La complexité est une description de la variété des processus écologiques ou du nombre de niches écologiques (moyens de subsistance) au sein d’une communauté biologique. La forêt tropicale humide est susceptible d’être très complexe, tandis que la toundra arctique a une complexité relativement faible.
Les communautés biologiques subissent généralement une série de changements de développement au fil du temps, connus sous le nom de succession . Les premières espèces à coloniser une surface terrestre nouvellement exposée, par exemple, sont connues sous le nom de pionniers. Les organismes tels que les lichens, les herbes et les plantes à fleurs adventices, qui ont une grande tolérance aux conditions difficiles, ont tendance à entrer dans cette catégorie. Au fil du temps, les pionniers piègent les sédiments, construisent le sol et retiennent l’humidité. Ils fournissent un abri et créent des conditions qui permettent à d’autres espèces, comme les arbustes et les petits arbres, de prendre racine et de s’épanouir. Les plantes plus grandes accumulent le sol plus rapidement que les espèces pionnières. Elles fournissent également de l’ombre, un abri, un taux d’humidité plus élevé, une protection contre le soleil et le vent, et un espace vital pour les organismes qui ne pourraient pas survivre sur un terrain ouvert. Ces processus de succession finissent par donner naissance à une communauté très différente de celle établie par les premiers pionniers, dont la plupart sont contraints de se déplacer vers d’autres terres nouvellement perturbées. On pensait autrefois que chaque région aurait une communauté de pointe, comme une forêt de chênes ou une prairie, déterminée par le climat, la topographie et la composition minérale. On pensait qu’avec suffisamment de temps et sans perturbation, chaque communauté progresserait inévitablement vers son état climax. Cependant, il est maintenant reconnu que certains écosystèmes subissent des perturbations continues. Certains assemblages biologiques, tels que les forêts de conifères, que nous pensions autrefois être des communautés stables de climax, nous les reconnaissons maintenant comme des associations fortuites dans une mosaïque toujours changeante de paysages régulièrement perturbés et en constante évolution.
De nombreuses communautés biologiques sont relativement stables sur de longues périodes et sont capables de résister à de nombreux types de perturbations et de changements. Une forêt de chênes, par exemple, a tendance à rester une forêt de chênes parce que les espèces qui la composent ont des mécanismes d’auto-perpétuation. Lorsqu’un arbre tombe, d’autres poussent pour le remplacer. La capacité à réparer les dommages et à résister au changement est appelée « résilience ». Depuis de nombreuses années, les écologistes théoriques et les écologistes de terrain débattent de la question de savoir si la complexité et la diversité d’une communauté biologique augmentent la résilience. Les modèles théoriques suggèrent qu’une population composée de quelques espèces adventices très rustiques, telles que les pissenlits et les punaises du sureau, pourrait être plus résistante au changement qu’une communauté plus spécialisée et plus diversifiée, telle qu’une forêt tropicale. Des preuves empiriques récentes suggèrent que dans au moins certaines communautés, comme les prairies, une plus grande diversité confère une plus grande résistance au changement et une meilleure capacité à réparer les dommages après un stress ou une perturbation.