Un modèle d’écosystème est une représentation d’un écosystème 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, donc 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 qui s’y trouvent. Il peut s’agir de choses telles que l’air, l’eau ou la quantité de lumière solaire. Le modèle doit également tenir compte de la taille de l’environnement à l’étude car cela peut avoir un effet sur les organismes qui s’y trouvent.
Afin de créer un modèle mathématique exploitable, un écologiste doit simplifier l’écosystème qu’il essaie d’étudier. Cela peut être fait en se concentrant sur un nombre limité d’espèces ou de groupes qui partagent certains traits. Ces traits peuvent être comportementaux, biochimiques ou physiques.
Une fois que l’écologiste a isolé les organismes d’intérêt, il crée une chaîne alimentaire pour eux. Une chaîne alimentaire est une représentation des relations prédateur-proie. Par exemple, si l’animal d’intérêt est le coyote, la chaîne alimentaire peut montrer que le coyote mange des lapins, qui mangent de la végétation au niveau du sol. Les coyotes, les lapins et la végétation deviendront tous des éléments du modèle écosystémique.
Les éléments du modèle d’écosystème sont ensuite reliés entre eux à l’aide de fonctions mathématiques qui décrivent leurs relations. Là encore, la complexité d’un écosystème pose problème à l’écologiste. Il est difficile d’observer quel effet réel la consommation d’un seul lapin aura sur la population de coyotes, donc les écologistes utilisent des statistiques, des observations et d’autres méthodes pour arriver à une estimation éclairée. Les fonctions mathématiques peuvent être ajustées au fur et à mesure que des événements réels dans l’écosystème prouvent ou réfutent l’exactitude du modèle d’écosystème.
Un modèle d’écosystème classique étudié par les étudiants en écologie est le modèle prédateur-proie créé au milieu des années 1920. 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 qu’à l’origine utilisé pour décrire les fluctuations des populations de requins et de poissons dans la mer Adriatique, le modèle fonctionne comme une description générale de la relation prédateur-proie.