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Quels sont les points de rupture de température importants pour la répartition des plantes ?


Je travaille sur un système de classification climatique. Certains travaux antérieurs comme Koppen et Trewartha utilisent des points de rupture de température de 18℃ minimum mensuel de moyenne quotidienne pour délimiter les climats tropicaux, et 0℃ minimum mensuel de moyenne quotidienne pour distinguer le subtropical du continental (Koppen uniquement).

La première question, existe-t-il une base scientifique pour ces points de rupture de température spécifiques ?

Comme exemple de ce que je recherche, je veux souligner quelque chose dans les distributions de plantes dans la région du monde que je connais le mieux ; le sud des États-Unis. À Atlanta, où les moyennes de janvier sont de 6,3℃ et les minimums de 1,3℃, la plupart des arbres naturels que vous voyez sont soit des conifères, soit des feuillus (chênes, caryers, peupliers jaunes (Liriodendron tulipifera) et du chewing-gum (Liquidambar styraciflua). Cependant, vers la côte à la Nouvelle-Orléans 11,9℃/7,1℃ ou Savannah 9,8℃/3,7℃, il y a beaucoup plus de conifères à feuilles persistantes. Si vous regardez les distributions (très similaires) de Wikipedia d'arbres à feuilles persistantes tels que le magnolia du sud, le chêne vivant ou le chêne laurier des marais, vous pouvez voir qu'il existe un cline où la température quotidienne moyenne mensuelle la plus fraîche descend en dessous d'environ 6-8 où ces plantes à feuilles persistantes ne poussent plus.

La deuxième question générale est donc la suivante : existe-t-il des points de rupture de température qui sont importants pour contrôler les types de plantes qui peuvent réellement pousser dans une zone ?


Je ne peux pas aider avec les citations. Pour les climats tempérés, il y a plusieurs températures critiques que je connais :

Le premier est 0 ou éventuellement -2. Le point de congélation de l'eau. La plupart des cellules végétales ont suffisamment de matière dissoute dans leur sève/protoplasme pour qu'il y ait 1 à 2 degrés de réduction du point de congélation.

Le suivant semble être quelque part autour de -10 C. Il y a une forte réduction du nombre d'espèces végétales autour de cette température.

Je ne sais pas où est le prochain. Le pin gris peut tolérer des températures allant jusqu'à -60 °C. Apparemment, leur protoplasme contient suffisamment de sucres et d'alcools pour devenir un verre – pas d'expansion.


Le climat impose d'autres limites.

  • J'ai acheté 500 pruches montagnardes par an. Tout ce que j'ai lu disait zone 3. Peut-être pour les sommets. Là où ils poussent, il y a généralement plusieurs pieds de neige en hiver. Les racines ne sont jamais descendues en dessous de zéro.

  • Dans notre région du centre de l'Alberta, l'érable de Norvège Crimson King est rustique -- la plupart du temps. S'il fait froid tôt, disons en novembre, cela tue les bourgeons. Ce n'est pas seulement à quel point il fait froid, mais quand et à quelle vitesse il fait froid.

  • Près d'Edmonton, nous pouvons cultiver une variété de bouleaux. Calgary, à 300 km au sud, est une zone de croissance plus chaude que nous, mais les bouleaux ne s'y portent pas bien. Les chinooks sont suffisamment chauds pour qu'ils débourrent, puis les bourgeons meurent lorsqu'il fait à nouveau froid. D'autres plantes évitent cela en ayant une exigence de refroidissement adaptée à nos hivers.

  • Nos hivers sont très longs. Une partie du problème n'est pas aussi froide que la dessiccation. Dans certains cas, un hiver plus chaud sera plus fatal - un air plus chaud peut extraire plus d'humidité des bourgeons et des brindilles.

  • Je pense qu'il y a des températures au-dessus du point de congélation qui sont importantes : lorsque vous essayez de faire pousser des aubergines, tout jour qui descend en dessous de +10C semble faire bouder les aubergines et ne rien faire pendant environ 3 jours pendant qu'elles récupèrent.

  • Une autre température critique se situe dans les années 80/90. (Farenheit) De nombreuses plantes arrêtent la photosynthèse pour conserver l'eau. Les exploitants de serres font de grands efforts pour garder leurs maisons en dessous de 90 F


Répartition des espèces

Répartition des espèces est la manière dont un taxon biologique est disposé dans l'espace. [1] Les limites géographiques de la distribution d'un taxon particulier sont sa gamme, souvent représentés par des zones ombrées sur une carte. Les schémas de distribution changent en fonction de l'échelle à laquelle ils sont considérés, de la disposition des individus au sein d'une petite unité familiale aux schémas au sein d'une population ou à la distribution de l'espèce entière dans son ensemble (aire de répartition). La distribution des espèces ne doit pas être confondue avec la dispersion, qui est le déplacement d'individus loin de leur région d'origine ou d'un centre de population à forte densité.


Comment fonctionne la photosynthèse

La photosynthèse définit le processus par lequel les plantes et certaines bactéries fabriquent du glucose. Les scientifiques résument le processus comme suit : en utilisant la lumière du soleil, dioxyde de carbone + eau = glucose + oxygène. Le processus se produit dans des structures spéciales appelées chloroplastes situés dans les cellules des feuilles. Des taux de photosynthèse optimaux conduisent à l'élimination de plus grandes quantités de dioxyde de carbone de l'atmosphère locale, produisant de plus grandes quantités de glucose. Étant donné que les niveaux de glucose dans les plantes sont difficiles à mesurer, les scientifiques utilisent la quantité d'assimilation de dioxyde de carbone ou sa libération comme moyen de mesurer les taux de photosynthèse. Pendant la nuit, par exemple, ou lorsque les conditions ne sont pas idéales, les plantes libèrent du dioxyde de carbone. Les taux maximaux de photosynthèse varient selon les espèces végétales, mais des cultures telles que le maïs peuvent atteindre des taux d'assimilation du dioxyde de carbone aussi élevés que 0,075 once par pied cube par heure, ou 100 milligrammes par décimètre par heure. Pour obtenir une croissance optimale de certaines plantes, les agriculteurs les gardent dans des serres qui régulent des conditions telles que l'humidité et la température. Il existe trois régimes de température au cours desquels le taux de photosynthèse change.


Chapitre 50 - Une introduction à l'écologie et à la biosphère

  • Les écologistes posent des questions sur les facteurs affectant la distribution et l'abondance des organismes.
  • Les écologistes pourraient étudier comment les interactions entre les organismes et l'environnement affectent le nombre d'espèces vivant dans une zone, le cycle des nutriments ou la croissance des populations.

L'écologie et la biologie évolutive sont des sciences étroitement liées.

  • L'écologie a une longue histoire en tant que science descriptive.
  • L'écologie moderne est aussi une science expérimentale rigoureuse.
  • L'écologie et la biologie évolutive sont des sciences étroitement liées.
  • Les événements qui se produisent au cours du temps écologique (de quelques minutes à plusieurs années) se traduisent par des effets au cours du temps évolutif (des décennies à des millénaires).
    • Par exemple, les faucons qui se nourrissent de mulots tuent certains individus (au fil du temps écologique), réduisent la taille de la population (un effet écologique), modifient le pool génétique (un effet évolutif) et choisissent des souris dont la couleur de la fourrure les camoufle dans leur environnement ( au cours du temps évolutif).

    La recherche écologique va des adaptations d'organismes individuels à la dynamique de la biosphère.

    • L'environnement de tout organisme comprend les composants suivants:
      • Composants abiotiques : facteurs chimiques et physiques non vivants tels que la température, la lumière, l'eau et les nutriments.
      • Composants biotiques : tous les organismes vivants de l'environnement de l'individu.
      • Chaque paysage ou paysage marin se compose d'une mosaïque de différents types de parcelles, une caractéristique environnementale que les écologistes appellent la dissipation. La recherche écologique du paysage se concentre sur les facteurs contrôlant les échanges d'énergie, de matériaux et d'organismes entre les parcelles d'écosystème.

      L'écologie fournit un contexte scientifique pour évaluer les problèmes environnementaux.

      • Il est important de clarifier la différence entre l'écologie, l'étude scientifique de la distribution et de l'abondance des organismes, et l'environnementalisme, le plaidoyer pour la protection ou la préservation de l'environnement naturel.
      • Pour résoudre les problèmes environnementaux, nous devons comprendre les interactions des organismes et de l'environnement.
      • La science de l'écologie fournit cette compréhension.
      • En 1962, le livre Silent Spring de Rachel Carson a averti que l'utilisation de pesticides tels que le DDT provoquait des déclins de population chez de nombreux organismes non ciblés.
      • Aujourd'hui, les précipitations acides, l'utilisation abusive des terres, les déchets toxiques, la destruction des habitats et la liste croissante d'espèces en voie de disparition ou éteintes ne sont que quelques-uns des problèmes qui menacent la Terre.
      • De nombreux écologistes influents se sentent responsables d'éduquer les législateurs et le grand public sur les décisions qui affectent l'environnement.
        • Il est important de communiquer la complexité scientifique des questions environnementales.

        Concept 50.2 Les interactions entre les organismes et l'environnement limitent la distribution des espèces

        • Les écologistes reconnaissent depuis longtemps des modèles mondiaux et régionaux distincts dans la distribution des organismes.
        • La biogéographie est l'étude des distributions passées et présentes des espèces individuelles dans le contexte de la théorie de l'évolution.
        • Les écologistes posent une série de questions pour déterminer ce qui limite la répartition géographique de toute espèce.

        La dispersion des espèces contribue à la distribution des organismes.

        • Le déplacement d'individus hors des centres à forte densité de population ou de leur région d'origine est appelé dispersion.
        • La dispersion des organismes est cruciale pour comprendre l'isolement géographique dans l'évolution et les grands schémas de répartition géographique des espèces.
        • Une façon de déterminer si la dispersion est un facteur clé limitant la distribution est d'observer les résultats lorsque les humains ont accidentellement ou intentionnellement transplanté une espèce dans des zones où elle était auparavant absente.
          • Pour que la greffe soit considérée comme réussie, les organismes doivent non seulement survivre dans la nouvelle zone, mais aussi s'y reproduire.
          • Par conséquent, les écologistes mènent rarement des expériences de transplantation aujourd'hui.
          • Au lieu de cela, ils étudient le résultat lorsqu'une espèce a été transplantée accidentellement ou à d'autres fins.

          Le comportement et la sélection de l'habitat contribuent à la distribution des organismes.

          Les facteurs biotiques affectent la distribution des organismes.

          • Les facteurs biotiques limitent-ils la distribution des espèces ?
            • Les interactions négatives avec d'autres organismes sous forme de prédation, de parasitisme, de maladie ou de compétition peuvent limiter la capacité des organismes à survivre et à se reproduire.
              • Les expériences d'élimination des prédateurs peuvent fournir des informations sur la façon dont les prédateurs limitent la distribution des espèces de proies.
              • Par exemple, l'absence d'un pollinisateur ou d'une proie spécifique peut limiter la distribution d'un organisme.

              Les facteurs abiotiques affectent la distribution des organismes.

              • La distribution mondiale des organismes reflète largement l'influence de facteurs abiotiques tels que la température, l'eau et la lumière du soleil.
              • L'environnement est caractérisé par une hétérogénéité spatiale et temporelle.
              • La température ambiante est un facteur important dans la distribution des organismes en raison de son effet sur les processus biologiques.
                • Très peu d'organismes peuvent maintenir un métabolisme actif à des températures très élevées ou très basses.
                • Certains organismes ont des adaptations extraordinaires pour leur permettre de vivre en dehors de la plage de température habitable pour la plupart des autres êtres vivants.
                • La plupart des organismes aquatiques sont limités aux environnements d'eau douce ou marins.
                • Les organismes terrestres sont confrontés à une menace presque constante de dessèchement et ont des adaptations pour leur permettre d'obtenir et de conserver de l'eau.
                • L'intensité de la lumière n'est pas le facteur le plus important limitant la croissance des plantes dans la plupart des environnements terrestres, bien que l'ombrage par un couvert forestier rende la compétition pour la lumière dans le sous-étage intense.
                • En milieu aquatique, l'intensité lumineuse limite la distribution des organismes photosynthétiques.
                  • Chaque mètre de profondeur d'eau absorbe sélectivement 45 % de la lumière rouge et 2 % de la lumière bleue qui le traverse.
                  • En conséquence, la plupart de la photosynthèse dans les environnements aquatiques se produit près de la surface.

                  Quatre facteurs abiotiques sont les principales composantes du climat.

                  • Le climat désigne les conditions météorologiques qui prévalent dans une région.
                    • Quatre facteurs abiotiques – la température, l'eau, la lumière du soleil et le vent – ​​sont les principaux composants du climat.
                    • Les facteurs climatiques, en particulier la température et l'eau, ont une influence majeure sur la répartition des organismes.
                    • Les moyennes annuelles de température et de précipitations sont raisonnablement bien corrélées avec les biomes trouvés dans différentes régions.
                    • L'effet de réchauffement du soleil sur l'atmosphère, la terre et l'eau établit les variations de température, les cycles de mouvement de l'air et l'évaporation de l'eau qui sont responsables des variations latitudinales du climat.
                    • Les régions côtières sont généralement plus humides que les régions intérieures à la même latitude.
                    • En général, les océans et les grands lacs modèrent le climat des milieux terrestres proches.
                      • Dans certaines régions, les brises océaniques fraîches et sèches se réchauffent lorsqu'elles se déplacent sur les terres, absorbant l'humidité et créant un climat chaud et sans pluie légèrement à l'intérieur des terres.
                      • Ce modèle de climat méditerranéen se produit à l'intérieur des terres de la mer Méditerranée.
                      • Dans l'hémisphère nord, les pentes exposées au sud reçoivent plus de lumière solaire que les pentes exposées au nord et sont donc plus chaudes et plus sèches.
                      • Ces différences environnementales affectent la répartition des espèces.
                      • Ce changement de température est équivalent à celui causé par une augmentation de 880 km de latitude.
                      • Du côté sous le vent de la montagne, de l'air frais et sec descend, absorbant l'humidité et produisant une ombre de pluie.
                      • Les déserts se produisent généralement du côté sous le vent des chaînes de montagnes.
                      • Les ceintures d'air humide et sec de chaque côté de l'équateur se déplacent avec l'angle changeant du soleil, produisant des saisons humides et sèches marquées autour de 20° de latitude.
                      • Les changements saisonniers dans la configuration des vents produisent des variations dans les courants océaniques, provoquant parfois la remontée d'eaux froides riches en nutriments provenant des couches océaniques profondes.
                      • Pendant l'été et l'hiver, de nombreux lacs tempérés sont stratifiés thermiquement ou stratifiés verticalement en fonction de la température.
                      • Ces lacs subissent un mélange semestriel, ou renouvellement, de leurs eaux au printemps et à l'automne. Le renouvellement amène l'eau oxygénée au fond et l'eau riche en nutriments à la surface.
                      • Les arbres forestiers modèrent le microclimat sous eux.
                        • Les zones défrichées connaissent des températures extrêmes plus élevées que l'intérieur de la forêt.
                        • Un enregistrement détaillé de ces migrations est capturé dans le pollen fossile dans les sédiments des lacs et des étangs.
                        • Une question majeure pour les espèces d'arbres est de savoir si la dispersion des graines est suffisamment rapide pour soutenir la migration de l'espèce à mesure que le climat change.
                        • Considérez le hêtre américain, Fagus grandifolia.
                          • Les modèles climatiques prédisent que les limites nord et sud de l'aire de répartition du hêtre se déplaceront de 700 à 900 km vers le nord au cours du prochain siècle.
                            • ? Le hêtre devra migrer de 7 à 9 km par an pour maintenir sa répartition.

                            Concept 50.3 Les facteurs abiotiques et biotiques influencent la structure et la dynamique des biomes aquatiques

                              Des combinaisons variables de facteurs biotiques et abiotiques déterminent la nature des biomes de la Terre, les principaux types d'associations écologiques qui occupent de vastes régions géographiques de terre ou d'eau.

                            Les biomes aquatiques occupent la plus grande partie de la biosphère.

                            • Les écologistes font la distinction entre les biomes d'eau douce et marins sur la base de différences physiques et chimiques.
                              • Les biomes marins ont généralement des concentrations de sel en moyenne de 3 %, tandis que les biomes d'eau douce ont des concentrations de sel inférieures à 1 %.
                              • L'évaporation de l'eau des océans fournit la plupart des précipitations de la planète.
                              • Les températures des océans ont un effet majeur sur le climat mondial et la configuration des vents.
                              • La photosynthèse par les algues marines et les bactéries photosynthétiques produisent une proportion substantielle de l'oxygène mondial. La respiration de ces organismes consomme d'énormes quantités de dioxyde de carbone atmosphérique.
                              • Le modèle et la vitesse de l'écoulement de l'eau et le climat environnant sont également importants.
                              • Il y a suffisamment de lumière pour la photosynthèse dans la zone photique supérieure.
                              • Très peu de lumière pénètre dans la zone aphotique inférieure.
                              • Cette zone est constituée de sable et de sédiments et est occupée par des communautés d'organismes appelées benthos.
                              • Une importante source de nourriture pour le benthos est la matière organique morte ou les détritus, qui pleut des eaux de surface productives de la zone photique.
                              • En conséquence, la température de l'eau dans les lacs est stratifiée, surtout en été et en hiver.
                              • Dans l'océan et la plupart des lacs, une couche étroite de changement rapide de température appelée thermocline sépare la couche supérieure plus uniformément chaude des eaux plus profondes et plus uniformément froides.
                              • Les lacs oligotrophes sont profonds, pauvres en nutriments, riches en oxygène et contiennent peu de vie.
                              • Les lacs eutrophes sont peu profonds, riches en nutriments et pauvres en oxygène.
                              • La zone limnétique est l'eau de surface ouverte.
                              • Ils peuvent être saturés ou périodiquement inondés.
                              • Les zones humides comprennent les marais, les tourbières et les marécages.
                              • Ils font partie des biomes les plus productifs de la Terre et abritent une communauté diversifiée d'invertébrés et d'oiseaux.
                              • En raison de la forte production organique et de la décomposition des zones humides, leur eau et leur sol sont pauvres en oxygène dissous.
                              • Les zones humides ont une grande capacité à filtrer les nutriments dissous et les polluants chimiques.
                              • Les humains ont détruit de nombreuses zones humides, mais certaines sont maintenant protégées.
                              • Les eaux d'amont sont froides, claires, turbulentes et rapides.
                                • Ils transportent peu de sédiments et relativement peu de nutriments minéraux.
                                • De nombreux ruisseaux et rivières ont été pollués par l'homme, dégradant la qualité de l'eau et tuant les organismes aquatiques.
                                • La construction de barrages et le contrôle des inondations altèrent le fonctionnement naturel des ruisseaux et des rivières et menacent les espèces migratrices comme le saumon.
                                • La salinité de ces zones peut varier considérablement.
                                • Les estuaires ont des schémas d'écoulement complexes, avec des réseaux de chenaux de marée, des îles, des levées et des vasières.
                                • Ils abritent une abondance d'espèces de poissons et d'invertébrés et sont des aires d'alimentation cruciales pour de nombreuses espèces de sauvagine.
                                • La zone intertidale supérieure subit une exposition plus longue à l'air et une plus grande variation de salinité et de température que les zones intertidales inférieures.
                                • De nombreux organismes ne vivent que dans une strate particulière de la zone intertidale.
                                • Les eaux de surface des océans tempérés se retournent de l'automne au printemps.
                                • L'océan ouvert a des niveaux élevés d'oxygène et de faibles niveaux de nutriments.
                                • Ce biome couvre 70 % de la surface de la Terre et a une profondeur moyenne de 4 000 mètres.
                                • Ils sont formés par les squelettes de carbonate de calcium des animaux coralliens.
                                • Les algues dinoflagellées mutualistes vivent dans les tissus des coraux.
                                • Les récifs coralliens abritent un assortiment très diversifié de vertébrés et d'invertébrés.
                                • La collecte de squelettes de coraux et la surpêche pour l'alimentation et le commerce des aquariums ont réduit les populations de coraux et de poissons de récif.
                                • Le réchauffement climatique et la pollution contribuent à la mortalité des coraux à grande échelle.
                                • La majeure partie de la zone benthique de l'océan ne reçoit aucune lumière du soleil.
                                • Les organismes de la zone abyssale très profonde sont adaptés à un froid continu (environ 3°C) et à des pressions extrêmement élevées.
                                • Des assemblages uniques d'organismes sont associés à des cheminées hydrothermales d'origine volcanique sur les dorsales médio-océaniques.
                                  • Les principaux producteurs de ces communautés sont des procaryotes chimioautotrophes qui obtiennent de l'énergie en oxydant le H2S formé par une réaction d'eau chauffée volcaniquement avec du sulfate dissous (SO42?).

                                  Concept 50.4 Le climat détermine en grande partie la distribution et la structure des biomes terrestres

                                  • Parce qu'il existe des modèles latitudinaux du climat à la surface de la Terre, il existe également des modèles latitudinaux de distribution du biome.
                                  • Un climographe indique la température moyenne annuelle et les précipitations d'une région.
                                    • La température et les précipitations sont bien corrélées avec différents biomes terrestres, et chaque biome a un climographe caractéristique.
                                    • La canopée de la forêt tropicale humide est la couche supérieure, couvrant la strate d'arbres bas, le sous-étage arbustif, la couche de sol, la couche de litière et la couche de racines.
                                    • Les prairies ont une canopée formée d'herbe, une couche de litière et une couche de racines.
                                    • La stratification de la végétation fournit de nombreux habitats différents pour les animaux.
                                    • Les ouragans créent des ouvertures pour de nouvelles espèces dans les forêts tropicales et tempérées.
                                    • Dans les forêts de conifères du nord, les chutes de neige peuvent casser les branches et les petits arbres, créant des trouées qui permettent aux espèces de feuillus de pousser.
                                    • En conséquence, les biomes présentent une inégalité, avec plusieurs communautés différentes représentées dans une zone particulière.
                                    • Par exemple, les feux de forêt naturels font partie intégrante des prairies, des savanes, du chaparral et de nombreuses forêts de conifères.
                                    • Les incendies sont désormais maîtrisés au nom de l'utilisation des terres agricoles.
                                    • Les forêts tropicales humides reçoivent des quantités élevées et constantes de précipitations (200 à 400 cm par an).
                                    • Dans les forêts tropicales sèches, les précipitations sont très saisonnières.
                                    • Dans les deux cas, les températures de l'air varient entre 25 °C et 29 °C toute l'année.
                                    • Les forêts tropicales sont stratifiées et la compétition pour la lumière est intense.
                                    • La diversité animale est plus élevée dans les forêts tropicales que dans tout autre biome terrestre.
                                    • Les déserts ont des précipitations faibles et très variables, généralement inférieures à 30 cm par an.
                                    • La température varie considérablement selon les saisons et quotidiennement.
                                    • La végétation du désert est généralement clairsemée et comprend des plantes succulentes telles que des cactus et des arbustes profondément enracinés.
                                    • De nombreux animaux du désert sont nocturnes, ils peuvent donc éviter la chaleur.
                                    • Les organismes du désert présentent des adaptations pour leur permettre de résister ou de survivre à la dessiccation.
                                    • Les précipitations sont saisonnières, en moyenne 30 à 50 cm par an.
                                    • La savane est chaude toute l'année, avec une moyenne de 24 à 29 °C avec quelques variations saisonnières.
                                    • La végétation de la savane est une prairie avec des arbres épars.
                                    • Les grands mammifères herbivores sont des habitants communs.
                                      • Les herbivores dominants sont les insectes, en particulier les termites.
                                      • Les précipitations annuelles varient de 30 à 50 cm.
                                      • Chaparral est dominé par des arbustes et de petits arbres, avec une grande diversité d'herbes et d'herbes.
                                      • La diversité végétale et animale est élevée.
                                      • Les adaptations au feu et à la sécheresse sont courantes.
                                      • Les grands brouteurs et les mammifères fouisseurs sont originaires des prairies tempérées.
                                      • Les sols fertiles profonds rendent les prairies tempérées idéales pour l'agriculture, en particulier pour la culture des céréales.
                                      • La plupart des prairies d'Amérique du Nord et d'Eurasie ont été converties en terres agricoles.
                                      • Les forêts de conifères ont des hivers longs et froids et des étés courts et humides.
                                      • Les conifères qui habitent ces forêts sont adaptés à la neige et à la sécheresse périodique.
                                      • Les forêts de conifères abritent de nombreux oiseaux et mammifères.
                                      • Ces forêts sont exploitées à un rythme très élevé et les vieux peuplements de conifères pourraient bientôt disparaître.
                                      • Une forêt de feuillus tempérée mature a des couches verticales distinctes, y compris une canopée fermée, une ou deux strates d'arbres de sous-bois, une couche arbustive et une couche herbacée.
                                      • Les feuillus dominants des forêts de feuillus de l'hémisphère nord perdent leurs feuilles et entrent en dormance en hiver.
                                      • Dans l'hémisphère nord, de nombreux mammifères de ce biome hibernent en hiver, tandis que de nombreuses espèces d'oiseaux migrent vers des climats plus chauds.
                                      • Les humains ont abattu de nombreuses forêts de feuillus tempérées à travers le monde.
                                      • La toundra alpine se trouve au sommet des hautes montagnes à toutes les latitudes, y compris les tropiques.
                                        • Les communautés végétales de la toundra alpine et arctique sont très similaires.

                                        Plan de conférence pour Campbell/Reece Biology, 7e édition, © Pearson Education, Inc. 50-1


                                        Comment la température affecte-t-elle la croissance des plantes?

                                        Les températures élevées affectent la croissance des plantes de plusieurs manières. Les plus évidents sont les effets de la chaleur sur la photosynthèse, dans laquelle les plantes utilisent du dioxyde de carbone pour produire de l'oxygène, et la respiration, un processus opposé dans lequel les plantes utilisent de l'oxygène pour produire du dioxyde de carbone. Des experts de la Colorado State University Extension expliquent que les deux processus augmentent lorsque les températures augmentent.

                                        Cependant, lorsque les températures atteignent des limites inconfortablement élevées (ce qui dépend de la plante), les deux processus deviennent déséquilibrés. Les tomates, par exemple, ont des problèmes lorsque les températures dépassent environ 96 degrés F. (36 C).

                                        L'effet de la température sur les plantes varie considérablement et est influencé par des facteurs tels que l'exposition au soleil, le drainage de l'humidité, l'altitude, la différence entre les températures diurnes et nocturnes et la proximité de la structure rocheuse environnante (masse de chaleur thermique).


                                        Comment la température affecte-t-elle la croissance des plantes :

                                        Chaque plante a une plage de température idéale pour prospérer. Nous appelons cela la température optimale de croissance des plantes. Cette température optimale n'est pas fixée pour toutes les plantes et varie d'une espèce à l'autre. Lorsque la température descend en dessous de la plage optimale ou dépasse, cela peut affecter la croissance d'une plante.

                                        L'impact de la température peut être de deux types.

                                        • L'effet des températures extrêmement froides sur les plantes.
                                        • L'effet des températures extrêmement élevées sur les plantes

                                        La température stimule la biodiversité

                                        La diversité des plantes et des animaux diminue à mesure que les températures baissent. Cette photo a été prise sur le mont Kilimandjaro à une altitude d'environ 3 800 mètres. Crédit : Andreas Ensslin

                                        Pourquoi la diversité des animaux et des plantes est-elle si inégalement répartie sur notre planète ? Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Würzburg a fourni de nouvelles données sur cette question fondamentale de l'écologie. Les chercheurs ont découvert que la biodiversité était déterminée par la température.

                                        La diversité des plantes et des animaux dans les régions arctiques de la Terre est modérée. Les latitudes tropicales, en revanche, regorgent d'espèces multiples et de nouveaux organismes sont découverts en permanence.

                                        Quelle est la cause de cette répartition inégale ? Pourquoi les tropiques abritent-ils plus d'espèces que les latitudes plus élevées ? "Cette question intrigue les écologistes depuis un certain temps", explique le professeur Ingolf Steffan-Dewenter du Biocenter de l'Université de Würzburg. « Il y a environ 10 ans, les éditeurs de Science a déclaré qu'il s'agissait de l'une des 25 questions scientifiques les plus importantes encore sans réponse."

                                        Il existe de nombreuses hypothèses. L'une, par exemple, est que la productivité primaire d'un habitat est finalement déterminante pour le nombre d'espèces qui y vivent. En termes simples : « Un plus gros gâteau peut nourrir plus d'espèces qu'un petit », selon l'écologiste de Würzburg, le Dr Marcell Peters. Une autre hypothèse suppose que la vitesse d'évolution et de spéciation dépendent de la température. Selon cette hypothèse, plus d'espèces prospèrent dans un climat plus chaud que dans un climat froid.

                                        Ces hypothèses ont généralement été examinées en se concentrant sur des groupes sélectionnés d'espèces. Par exemple, les études n'ont observé que des oiseaux, des abeilles, des fourmis ou des fougères et ont analysé leur diversité dans différentes régions du monde, par ex. en Amérique du Nord, en Europe ou le long des gradients d'altitude dans les Alpes. "Certaines études ont soutenu une hypothèse, tandis que d'autres ont soutenu une autre hypothèse", dit Peters, et déclare qu'il est encore loin d'établir une "règle générale", que visent les écologistes.

                                        Le mont Kilimandjaro, haut de 5 895 m, avec ses différentes zones climatiques, est un domaine de recherche important pour les écologistes. Crédit : Anna Kühnel

                                        Étude unique menée au mont Kilimandjaro

                                        Dans la revue Communication Nature, Peters et l'unité de recherche « FOR1246 » présentent une nouvelle étude après quatre ans de travail : « Sur le mont Kilimandjaro, l'un des plus grands gradients climatiques de la Terre, nous avons observé autant de groupes d'animaux et de plantes en parallèle que jamais auparavant », explique le chercheur.

                                        Dans l'ensemble, l'équipe a examiné huit groupes de plantes et 17 groupes d'animaux, des abeilles aux chauves-souris. Trente-huit scientifiques d'Allemagne, de Tanzanie et d'autres pays ont participé à l'étude à grande échelle, ils ont été soutenus par environ 50 chauffeurs, transporteurs et autres assistants locaux. "Nous avons dû grimper dans des zones montagneuses pendant plusieurs jours pour atteindre les sites d'étude les plus élevés", explique Peters.

                                        La zone d'étude s'étendait des savanes au pied de la montagne aux habitats à une altitude de 4 550 mètres qui soutiennent à peine les plantes. Les données de tous les groupes ont été collectées sur les mêmes zones et dans la même période, respectivement. "Cette approche nous a permis non seulement d'analyser la biodiversité de chaque groupe individuel, mais aussi celle de communautés entières."

                                        La diversité augmente avec la température

                                        L'étude a révélé que la biodiversité dans les communautés est principalement déterminée par la température. Plus il fait chaud, plus la diversité est grande. "Plus vous étudiez de groupes d'animaux et de plantes en parallèle, plus la température est importante pour expliquer la biodiversité, alors que l'importance de toutes les autres variables diminue en conséquence."

                                        Les scientifiques pensent qu'il s'agit d'une preuve solide soutenant l'hypothèse que la température est en fait plus décisive pour les modèles de distribution de la biodiversité globale que la productivité ou la taille des habitats.


                                        FACTEURS DE L'ÉCOSYSTÈME

                                        Le soleil est la principale source d'énergie de toute vie sur terre. Les plantes vertes et les bactéries photosynthétiques ont besoin de lumière pour fabriquer leur nourriture. Les animaux dépendent des plantes pour se nourrir.

                                        La lumière affecte les êtres vivants en termes d'intensité, de qualité et de durée. L'intensité et la qualité de la lumière affectent la photosynthèse, la floraison et la germination des plantes, tandis que chez les animaux, elles affectent la migration, l'hibernation et la reproduction.
                                        UNE posemètre photographique est utilisé pour mesurer l'intensité lumineuse tandis que le disque de recherche mesure la pénétration de la lumière dans l'eau.

                                        Température

                                        Les processus biochimiques de la plupart des organismes fonctionnent efficacement dans une plage de température étroite. La température varie en fonction des saisons, de l'altitude, de la latitude et aussi de façon diurne surtout dans les déserts chauds.

                                        Cela affecte donc la répartition des organismes dans un habitat. Les variations de température influencent davantage la répartition des organismes dans les habitats terrestres que dans les habitats aquatiques. Les organismes vivants doivent développer les adaptations physiologiques et comportementales nécessaires pour faire face aux températures extrêmes.

                                        Pression atmosphérique

                                        L'atmosphère a un poids défini et donc elle exerce une pression sur la terre. A la surface de la terre, la pression atmosphérique varie avec l'altitude. Les variations I la pression atmosphérique affecte la quantité d'oxygène disponible pour la respiration et d'oxyde de carbone (IV) pour la photosynthèse. Ces deux gaz affectent la distribution des organismes.

                                        Il fait référence à la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Lorsque l'humidité est élevée, il y a beaucoup de vapeur d'eau et vice versa.

                                        L'humidité affecte la vitesse à laquelle l'eau s'évapore de la surface des organismes, par exemple lors de la transpiration ou de la transpiration. Cela affecte à son tour leur distribution sur terre. Densimètre papier est utilisé pour mesurer ou un hydromètre à bulbe humide et sec

                                        Le vent déplace l'air. Il augmente le taux de perte d'eau des organismes, affectant ainsi leur distribution.

                                        • Le vent est également important dans la formation de la pluie. Dans les déserts, les vents forment des dunes de sable qui peuvent être des habitats pour d'autres organismes.
                                        • Le vent provoque la formation de vagues dans les lacs et l'océan, ce qui améliore l'aération de l'eau dans ces plans d'eau.
                                        • Les arbres dans les zones soumises à des vents forts peuvent avoir une croissance rabougrie et une croissance déformée.
                                        • Le vent disperse également les spores et les graines, influençant ainsi l'élimination et la migration des animaux volants
                                        • L'odeur du vent détermine donc le positionnement des animaux faisant allusion à leurs proies dans un habitat.
                                        • Une girouette ou une manche à air est utilisé pour déterminer la direction du vent dominant.
                                        • Anémomètre sert à mesurer la vitesse du vent.

                                        Il fait référence à la concentration en sel de l'eau, provoquant une division du milieu aquatique en eau marine, estuarienne et douce.

                                        Les conditions salines immédiatement à l'extérieur du corps de l'organisme posent le problème de la perte d'eau du corps vers l'environnement. Seuls les animaux avec des adaptations d'osmorégulation appropriées peuvent occuper de tels habitats.

                                        La salinité peut être déterminée en calculant le pourcentage de sels sur l'eau ou par la méthode de titrage acide-base.

                                        pH (préoccupation des ions hydrogène)

                                        Le pH est la mesure du degré d'acidité ou d'alcalinité de l'eau dans les animaux aquatiques ou dans la solution du sol. Elle influence la répartition des plantes et des animaux dans le sol et les étangs d'eau douce. Certaines plantes poussent bien dans des conditions acides tandis que d'autres dans des conditions alcalines.

                                        Le pH d'un sol peut être modifié par le lessivage des engrais appliqués ou l'épuisement du sol. Le pH est exprimé en termes d'échelle de pH à l'aide d'une solution indicatrice universelle BDH ou d'un papier et d'un pH-mètre.


                                        Résumé du chapitre

                                        L'écologie est l'étude des interactions des êtres vivants avec leur environnement. Les écologistes posent des questions qui comprennent quatre niveaux d'organisation biologique générale : organisme, population, communauté et écosystème. Au niveau de l'organisme, les écologistes étudient les organismes individuels et comment ils interagissent avec leur environnement. At the population and community levels, ecologists explore, respectively, how a population of organisms changes over time and the ways in which that population interacts with other species in the community. Ecologists studying an ecosystem examine the living species (the biotic components) of the ecosystem as well as the nonliving portions (the abiotic components), such as air, water, and soil, of the environment.

                                        44.2 Biogeography

                                        Biogeography is the study of the geographic distribution of living things as well as the abiotic factors that affect their distribution. Endemic species are species that are naturally found only in a specific geographic area. The distribution of living things is influenced by several environmental factors that are, in part, controlled by the latitude or elevation at which a species is found. Ocean upwellings, and spring and fall turnovers are important processes regulating the distribution of nutrients and other abiotic factors important in aquatic ecosystems. Energy sources, temperature, water, inorganic nutrients, and soil are factors limiting the distribution of living things in terrestrial systems. Net primary productivity is a measure of the amount of biomass produced by a biome.

                                        44.3 Terrestrial Biomes

                                        La Terre a des biomes terrestres et des biomes aquatiques. Les biomes aquatiques comprennent à la fois des environnements d'eau douce et marins. Il existe huit grands biomes terrestres : les forêts tropicales humides, les savanes, les déserts subtropicaux, le chaparral, les prairies tempérées, les forêts tempérées, les forêts boréales et la toundra arctique. Le même biome peut se produire dans différents endroits géographiques avec des climats similaires. La température et les précipitations, ainsi que leurs variations, sont des facteurs abiotiques clés qui façonnent la composition des communautés animales et végétales dans les biomes terrestres. Certains biomes, tels que les prairies tempérées et les forêts tempérées, ont des saisons distinctes, avec une alternance de temps froid et chaud tout au long de l'année. Dans les biomes chauds et humides, tels que la forêt tropicale humide, la productivité primaire nette est élevée, car des températures chaudes, une eau abondante et une saison de croissance toute l'année alimentent la croissance des plantes et fournissent de l'énergie pour une grande diversité dans le réseau trophique. D'autres biomes, tels que les déserts et les toundras, ont une faible productivité primaire en raison de températures extrêmes et d'une pénurie d'eau disponible.

                                        44.4 Aquatic Biomes

                                        Aquatic ecosystems include both saltwater and freshwater biomes. The abiotic factors important for the structuring of aquatic ecosystems can be different than those seen in terrestrial systems. Sunlight is a driving force behind the structure of forests and also is an important factor in bodies of water, especially those that are very deep, because of the role of photosynthesis in sustaining certain organisms.

                                        Density and temperature shape the structure of aquatic systems. Oceans may be thought of as consisting of different zones based on water depth and distance from the shoreline and light penetrance. Different kinds of organisms are adapted to the conditions found in each zone. Coral reefs are unique marine ecosystems that are home to a wide variety of species. Estuaries are found where rivers meet the ocean their shallow waters provide nourishment and shelter for young crustaceans, mollusks, fishes, and many other species. Freshwater biomes include lakes, ponds, rivers, streams, and wetlands. Bogs are an interesting type of wetland characterized by standing water, lower pH, and a lack of nitrogen.

                                        44.5 Climate and the Effects of Global Climate Change

                                        The Earth has gone through periodic cycles of increases and decreases in temperature. During the past 2,000 years, the Medieval Climate Anomaly was a warmer period, while the Little Ice Age was unusually cool. Both of these irregularities can be explained by natural causes of changes in climate, and, although the temperature changes were small, they had significant effects. Natural drivers of climate change include Milankovitch cycles, changes in solar activity, and volcanic eruptions. None of these factors, however, leads to rapid increases in global temperature or sustained increases in carbon dioxide.

                                        The burning of fossil fuels is an important source of greenhouse gases, which play a major role in the greenhouse effect. Two hundred and fifty million years ago, global warming resulted in the Permian extinction: a large-scale extinction event that is documented in the fossil record. Currently, modern-day climate change is associated with the increased melting of glaciers and polar ice sheets, resulting in a gradual increase in sea level. Plants and animals can also be affected by global climate change when the timing of seasonal events, such as flowering or pollination, is affected by global warming.


                                        Matériaux et méthodes

                                        Array design

                                        A custom CGH array was designed by Roche NimbleGen (Roche NimbleGen, Inc., Madison, WI, USA) using 2.2 M contigs from a whole genome shotgun (WGS) assembly of barley cv. Morex (Assembly1, EMBL-EBI accession no. PRJNA30763). This was a first de novo assembly from cv. Morex using Illumina reads at 28× genome coverage. Variable length probes (56 - to 100-mers) were generated at a 10 bp step across the entire sequence space. Individual probes were repeat-masked by removing probes, which had an average 15-mer frequency >25, using a 15-mer frequency table generated from an initial assembly of the Morex genome. The repeat-masked probe set was compared back to the Morex genome assembly with SSAHA [68], using a minimum match size of 30 and allowing up to 5 indels/gap. Probe sequences with more than a single match in the genome were eliminated from further consideration. From the remaining probes, only sets of 10 non-repetitive and unique probes that were clustered in 200 bp regions throughout the sequence space (called 'contig fragments') were included in the array design. The final probe set contained a total of 2,116,690 probes representing 211,669 regions on 115,003 of the input Assembly1 contigs. Each region was separated by at least 500 bp from adjoining regions.

                                        Two array designs were produced for the same set of probes, '101206_Barley_NS_CGH_HX1' and '110808_Barley_NS_CGH_HX1', the latter placing probes at different coordinates and it was used to validate results from the first design.

                                        Prediction of chromosomal positions

                                        The 211,669 contig fragments from Morex WGS Assembly1 present on the array were aligned against publicly available WGS contigs integrated with the barley physical framework [38]. Alignment was done with MegaBLAST version 2.2.18 [69]. Only fragments with a unique high quality BLAST hit (HSP longer than 150 bp and identity >95%) were considered, which resulted in 203,240 contig fragments (96% of all fragments on the array) having a match to Assembly3 sequences. The remaining 4% of the contig fragments (8,429) had to be discarded due to missing or ambiguous alignments. For fragments with equivalents in the published WGS contigs [38], the anchoring information attached to their respective contigs in the barley physical framework was retrieved. This information included genetic and physical positions, chromosome arm assignments, and fingerprinting (FP) contigs. In this manner, 88.7% of the contig fragments could be assigned to a chromosome arm and 33.7% to an FP contig.

                                        Gene prediction and functional annotation

                                        The intersection between contig fragments and annotated barley genes was determined. For this purpose, previously predicted genes [38] classified into high and low confidence were used. Protein sequences of high confidence genes were assigned functional annotations using the AFAWE pipeline [70]. Additionally, gene ontology (GO) terms for high confidence genes were computed with Interproscan version 5 beta [71]. Resulting general GO terms were converted into Plant GOslim categories using the Perl script map2slim [72]. GO term enrichment analyses were performed in agriGO [73, 74] using all genes on the array as a reference.

                                        Array validation

                                        DNA from the wheat cv. Chinese Spring (CS), barley (cv. Betzes), and a wheat-barley chromosome addition line which carries the 3HL chromosome arm of Betzes in the Chinese Spring background (CS-3HL), were isolated from leaf tissue and sent to the NimbleGen's Service Laboratory (Reykjavik, Iceland) for DNA labeling and array hybridization. To test the specificity and sensitivity of the designed array, equal amounts of CS-3HL and Betzes were labeled either with Cy3 or Cy5 and hybridized to two arrays (dye-swap replication) following NimbleGen's standard protocol [75]. Another two arrays (dye-swap technical replication) were hybridized with equal amounts of CS and Betzes as an experimental control. For both CS-3HL/Betzes and CS/Betzes contrasts, spatially corrected and normalized log2 ratios were obtained from each probe using the segMNT algorithm implemented in NimbleScan software v.2.6 (Roche NimbleGen, Inc., Madison, WI, USA). Probe log2 ratios were averaged by array contig fragment and then by contrast, and were displayed by barley chromosome/chromosome arms.

                                        Plant materials

                                        Fourteen accessions were selected for this study. Eight cultivars from different geographic origins, growth habits, and end uses including: Barke and Betzes, which are European, 2-rowed, spring-type malting barleys Harrington, a North American, 2-rowed, spring-type malting cultivar Haruna Nijo, a Japanese, 2-rowed, spring-type malting barley Bowman, a North American, 2-rowed spring-type feed barley Igri, a European, 2-rowed winter-type malting cultivar Steptoe, a North American, 6-rowed, spring-type feed barley and Franka, a European, 6-rowed winter-type malting barley. The remaining genotypes comprised a geographical selection of six wild barley (H. vulgare ssp. spontaneum) accessions. All the information describing these 14 accessions can be found in Additional file 2, Table S2.

                                        DNA labeling and array hybridizations

                                        DNAs from eight barley cultivars (Barke, Betzes, Harrington, Haruna Nijo, Bowman, Igri, Steptoe, and Franka), six wild barley accessions (Hsp11, Hsp248, Hsp278, Hsp357, Hsp462, and Hsp730), and the reference genotype 'Morex' were isolated from leaf tissue [76] and were labeled (Cy3 for sample Cy5 for reference) and hybridized following the standard protocol provided by Roche NimbleGen [75]. Arrays were scanned immediately after washing at 2 μm resolution on the MS 200 Microarray Scanner and images were processed using Roche NimbleScan software v. 2.6 (Roche NimbleGen, Inc, Madison, WI, USA). Experimental Metrics Reports were generated from each of the images to assess the quality of our array experiments. Only images that met the suggested range of values for each of the parameters evaluated were considered for further analysis. Pair reports containing the raw signal intensities for each probe on the array were produced for each array, one for the Cy3 and one for the Cy5 images. The raw data were deposited in NCBI GEO under accession number GSE44293.

                                        Data normalization and linear modeling

                                        Pair files exported from NimbleScan were imported into the Bioconductor statistical environment [77]. Array hybridization values were normalized to correct for inter-array and intra-array signal variations using Variance stabilization and calibration for microarray data (vsn, [78]). As both array platforms were designed using Morex as a reference, all individual replicated samples were exported as log2 (sample/reference) values. Normalized probe values were averaged across replicated samples and also across contig fragments for downstream analysis.

                                        Copy number analysis

                                        The expectation maximization (EM) algorithm [79] was used to estimate the mixing proportion, mean, and variance associated with two predicted subdistributions found within the tested genotype vs. Morex fragments. For each contig fragment, the posterior probability that it occurred in each of the two distributions was determined. A stringent criterion was applied to identify CNVs: only contig fragments with a P >0.95 of falling into the first subdistribution and an absolute log2 ratio (sample/reference) >0.9 were considered significant. When the log2 ratio was positive, the variant was defined as 'UpCNV', while it was classified as 'DownCNV/PAV' when the ratio was negative.

                                        Validation of CNVs

                                        A new array design ('110808_Barley_NS_CGH_HX1'), which had the same probes placed at different coordinates, was developed to validate CNVs identified in this study. Fifteen arrays produced high-quality data from genotypes Barke, Betzes, Bowman, Haruna Nijo, Steptoe, Hsp11, and Hsp730, and were used for validation. Data normalization, linear modeling, and analysis of CNV were done as explained above for the main array design. Percentages of CNVs validated were calculated.

                                        A total of 26 DownCNV/PAVs and 17 UpCNVs were selected for PCR validation and primers were designed using BatchPrimer3 [80]. Validation of DownCNV/PAVs was conducted by semi-quantitative PCR using standardized and uniform PCR conditions, and amplicons were resolved on 2% agarose gels and visualized by ethidium bromide staining. UpCNVs were analyzed via quantitative PCR (qPCR) on an Applied Biosystems PRISM qPCR system utilizing the SYBR Green PCR Master Mix (Applied Biosystems). The relative copy number was determined by calculating the 2 -ΔΔCt values using data of three technical replicates. Contig fragment 'Contig_87926:7401-7601', encoding a pyruvate kinase, was used as internal control to normalize the data, and the fold-change values were referred to Morex. Primer pairs and PCR conditions for all 43 CNVs and the controls can be found in Additional file 2, Table S5).

                                        Identification of orthologous sequences from different barley cultivars

                                        Comparison of DNA sequences containing CNVs between genotypes Morex (Assembly3, EMBL-EBI accession IDs, and CAJW010000001-CAJW012670738) and Barke (EMBL/ENA accession IDs CAJV010000001-CAJV012742077) was automated with a series of original Perl programs. The programs performed the following steps: as a reference, we used the Morex WGS contigs from which the array probes were derived. Those contigs were used in Blastn searches against Illumina sequence assemblies from WGS data of the barley cultivar Barke. The top Blastn hits were assumed to be the orthologous sequences as long as the sequence identity was >95% (this high stringency was chosen to avoid non-specific hits caused by repeats). In cases where the Morex contig was longer than the orthologous Barke contigs, the Barke sequences were concatenated into supercontigs to cover as much of the Morex reference sequence as possible. The Morex and Barke sequences were then aligned with the program Water [81], which is an implementation of the Smith-Waterman algorithm. From this sequence alignment, the contig fragment regions targeted by the probes were extracted and evaluated.

                                        For the analysis, we used only contigs which contained multiple contig fragments targeted by the CGH array. Furthermore, we required that at least one contig fragment affected by a CNV was flanked by contig fragments not affected by CNV. This was done to select contigs that contain the entire CNV flanked by non-variable sequences.

                                        Accès aux données

                                        WGS Assembly1 of barley cv. Morex was deposited at EMBL-EBI, under accession PRJNA30763. The assembly of cultivar Barke and Assembly3 of cultivar Morex have been published before and are available under EMBL/ENA accession IDs CAJV010000001-CAJV012742077 and CAJW010000001-CAJW012670738, respectively. Both assemblies can also be downloaded from Helmholtz Zentrum München [82]. Design files of the barley CGH custom array '101206_Barley_NS_CGH_HX1' and raw. pair files resulted from array hybridizations have been submitted to NCBI GEO under accession GSE44293 [83].


                                        Voir la vidéo: 10 influence des facteurs climatiques sur la répartition des végétaux (Janvier 2022).