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Accueil du site > Départements scientifiques > Diversité des communautés et fonctionnement des écosystèmes > Les équipes > Ecologie et évolution des réseaux d’interactions (EERI)

Ecologie et évolution des réseaux d’interactions (EERI)

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Thématiques de recherche

Face aux multiples pressions humaines exercées sur les communautés naturelles, la science Ecologie demeure souvent incapable de livrer des prédictions adéquates. Une cause immédiate est la complexité intrinsèque des écosystèmes. L’équipe EERI s’attache à rendre compte d’une partie de cette complexité en prenant pour objet d’étude les réseaux d’interactions, donc un contexte plurispécifique. Ces réseaux d’interactions sont souvent restreints aux aspects trophiques. Plusieurs décennies de recherches portant principalement sur les réseaux trophiques ont apporté des développements importants en écologie des communautés.
L’équipe s’attache à participer à cette compréhension des réseaux trophiques, mais également à dépasser ce cadre traditionnel
en privilégiant des approches à l’interface entre différentes disciplines de l’écologie : écologie des communautés, écologie fonctionnelle et écologie évolutive. Les objets d’études sont envisagés par des approches théoriques et expérimentales complémentaires, exercées en collaborations.

Les travaux de l’équipe sont structurés autour de quatre axes principaux de recherche :

► Prise en compte de la diversité des interactions au sein des communautés

Récemment, une série de publications a appelé à prendre en compte la diversité des interactions entre espèces dans l’étude des réseaux trophiques classiques. Intégrer cette diversité s’avère nécessaire pour comprendre pleinement les processus écologiques et évolutifs à la base du fonctionnement des communautés et des services écosystémiques qui en découlent. Notre équipe est particulièrement bien positionnée pour répondre à ce nouvel enjeu, de par la diversité des interactions qui y sont étudiées (réseaux de prédation et d’herbivorie, pollinisation, mycorhization, parasitisme, effets des organismes ingénieurs).
Tout en continuant à approfondir l’étude de ces interactions de façon isolée, les travaux de l’équipe se situant dans cet axe de recherche visent à répondre à deux grandes questions : 1) quels sont les effets directs et indirects d’un autre type d’interaction sur une interaction donnée ? 2) quelles sont les conséquences de perturbations dans des systèmes complexes couplant différents types d’interactions ?
La première question est abordée via des approches expérimentales et de modélisation impliquant plusieurs projets. Un projet vise par exemple à analyser les mécanismes écologiques et évolutifs à la base des interactions entre parasitisme et prédation : effets du parasitisme sur la réponse fonctionnelle proie-prédateur, liens entre approvisionnement et parasitisme, stratégies adaptatives des parasites à transmission trophique. Le couplage entre interactions compétitives et mutualistes est exploré par l’étude des conséquences de la compétition entre plantes sur la pollinisation et des effets des mycorhizes sur les interactions entre plantes. La nature des interactions entre ingénieurs de l’écosystème (coopération vs compétition) est également étudiée.
La deuxième question est abordée via des approches de modélisation et d’analyse de patrons empiriques dans le contexte des interactions plantes–insectes. Ces travaux visent à étudier les processus écologiques et évolutifs mis en jeu dans des communautés couplant herbivorie (interaction antagoniste) et pollinisation (interaction mutualiste) et à caractériser la structure de réseaux complexes herbivores-plantes-pollinisateurs et son impact sur la stabilité et le fonctionnement des communautés écologiques.
En raison des services écosystémiques impliqués (pollinisation, contrôle des ravageurs), ces projets se positionnent souvent dans un contexte appliqué via l’étude de l’impact des perturbations par les insecticides en milieu agricole, des effets de la végétation naturelle sur le rendement des cultures, et des impacts de l’anthropisation des milieux sur la pollinisation.

► Etudes des relations entre la structure des réseaux et leur fonctionnement

De manière générale, les projets s’intéressant à la relation structure-fonctionnement partagent une thématique principale cherchant à relier la diversité des réseaux d’interactions, avec 1) les transferts de matière, les flux d’énergie et les cycles des nutriments, 2) la stabilité des communautés et des écosystèmes.
Initialement, le débat autour de la relation entre biodiversité et fonctionnement de l’écosystème s’était principalement intéressé à la diversité d’une même guilde sur les processus fonctionnels au sein des écosystèmes. Depuis, cette démarche a évolué pour prendre en compte la diversité des réseaux d’interactions (par exemple, la structure des réseaux trophiques, ou des réseaux mycorhizes – plantes – pollinisateurs) sur le fonctionnement de l’écosystème. Les membres de l’équipe poursuivent ces approches, prenant en compte plusieurs niveaux trophiques ou plusieurs guildes au sein des écosystèmes.
Au niveau des réseaux trophiques, un effort particulier est mis au sein de l’équipe pour comprendre le lien entre : 1) l’architecture des réseaux (connectance, degré d’omnivorie ou de généralisme, degré d’interférence, longueur moyenne des chaînes, etc), 2) les processus fonctionnels (cycle des nutriments, intensité des cascades trophiques, biomasse et production), 3) la robustesse des réseaux vis-à-vis de perturbations.
Ces recherches nécessitent de mieux caractériser (détermination des liens) et de mieux quantifier (répartition des forces d’interaction) la structure de réseaux d’interaction. Pour ce qui concerne les réseaux trophiques en milieux aquatiques, cette démarche est particulièrement favorisée par le développement au sein de l’équipe d’une importante base de données sur les relations prédateurs-proies.
Au niveau des écosystèmes terrestres, nous analysons les interactions entre systèmes mycorhiziens, plantes et pollinisateurs et de l’impact de ces interactions sur l’organisation et la stabilité des communautés et sur les processus fonctionnels à l’échelle des écosystèmes.
Les études portent sur : 1) l’impact des interactions entre compartiments hypogé et épigé, et en particulier sur le rôle des symbioses mycorhiziennes sur les communautés végétales et sur leur l’attractivité pour les pollinisateurs ; 2) sur les effets en retour des associations de plantes sur le développement mycorhizien ; 3) sur l’impact de ces interactions sur la résistance et la résilience des communautés végétales à un stress d’herbivorie.
Un autre objectif transversal est de mieux intégrer le rôle de l’hétérogénéité au sein des réseaux d’interaction. Cette hétérogénéité peut se traduire tant par l’existence d’une « modularité » au sein des réseaux (existence de sous-réseaux), que par l’existence de structurations spatiales. _ Ces deux aspects sont souvent liés par l’imbrication de l’organisation écologique du vivant et de l’utilisation de l’espace (compartiments épigé et hypogé et structuration spatiale de la végétation au sein des écosystèmes terrestres ; communautés pélagiques, littorales et benthiques au sein des écosystèmes aquatiques), avec des conséquences fortes en termes de processus fonctionnels comme les transferts de matière, les flux d’énergie et les cycles des nutriments au sein des écosystèmes.

► Dynamiques éco-évolutives des réseaux d’interaction

La dynamique des réseaux est souvent considérée sous un angle purement écologique, basée sur la variation des populations ou des groupes trophiques au cours du temps. De telles approches négligent souvent la variabilité des traits phénotypiques des individus, pourtant intimement liée au fonctionnement du réseau.
L’équipe s’attache à comprendre cette variabilité pour certains traits tels que les traits d’histoire de vie, la taille corporelle, les comportements de prédation (en particulier en lien avec le parasitisme), les défenses anti-consommateurs. Particulièrement, l’équipe s’attache à comprendre le partitionnement de cette variabilité entre plasticité phénotypique, évolution face aux contraintes externes et coévolution diffuse. Pour ce, l’équipe développe en parallèle des approches théoriques (modèles de dynamique adaptative ou de génétique quantitative), empiriques (développement d’une base de données relative à la variabilité des traits, voir également axe 2) et phylogénétiques.
Cette description de la variabilité ne saurait cependant être suffisante et il importe de mieux comprendre le lien intime entre la dynamique évolutive et la dynamique écologique des réseaux trophiques. L’évolution peut par exemple contraindre l’existence locale des espèces par la modification de leurs niches. Cette construction de niche est susceptible d’être d’autant plus importante lorsque l’espèce possède un fort impact fonctionnel (ingénieurs de l’écosystème). Au delà des conditions d’existence, l’évolution est également susceptible de contraindre la dynamique des espèces incluses dans le réseau. L’évolution peut alors affecter le temps de retour à l’équilibre suite à une perturbation (résilience). La compréhension de la rétroaction existant entre l’évolution des espèces au sein du réseau et la résilience de celui-ci sera un axe important de nos recherches.
- Sur un plan plus appliqué, nous étudions aussi comment l’évolution du mode de déterminisme du sexe impacte la dynamique des relations hôtes-parasitoïdes, et les services de contrôle biologique qui en découlent.
Trop souvent, les aspects évolutifs sont vus comme secondaires par rapport à la compréhension des mécanismes écologiques. Cette situation est l’héritage d’un lourd passé considérant l’évolution comme ayant lieu sur le long terme et la dynamique écologique sur le court terme. Ces dernières décennies, de nombreux travaux se sont accumulés pour montrer que cette vision était erronée. La dynamique évolutive est susceptible d’agir sur des échelles de temps comparables à celles des dynamiques de populations. Ceci semble d’autant plus vrai lorsque les forces de sélection sont importantes, telles que celles exercées par les changements anthropiques : exploitation (pêches), eutrophisation, changement global, etc.
L’équipe s’attachera à comprendre les implications de ces évolutions rapides dans le maintien de la structure et du fonctionnement du réseau et des services écosystémiques qui lui sont associés. Comme les conditions de sélection associées à ces pressions anthropiques diffèrent en termes d’échelles spatiales, des modèles de métacommunautés sont également développés pour rendre compte de tels effets (voir axe 4).

► Changement d’échelle, organisationnelle ou spatiale

Parce que l’équipe vise à comprendre les mécanismes sous-jacents à la structuration des réseaux, nos travaux s’appuient sur la prise en compte de différentes échelles. Ce thème, assez transversal au trois précédents, consiste d’une part à établir des relations entre les différents niveaux d’organisation (individus, populations, communautés, écosystèmes), et d’autre part à intégrer une (ou plusieurs) dimension spatiale à nos questionnements.
Les communautés sont l’objet d’intérêt premier pour l’équipe, mais leur compréhension repose sur des processus intervenant à des niveaux inférieurs (individu, population) qui se répercutent aux niveaux supérieurs.
La dynamique des interactions dépend directement de traits et de comportements individuels (notamment ceux associés aux stratégies d’approvisionnement), soumis à la sélection naturelle. La valeur sélective de ces traits et de ces comportements peut elle même être affectée plus ou moins directement par la présence d’autres protagonistes au sein du réseau trophique.
La compréhension du fonctionnement, de la dynamique et de l’évolution des communautés ne peut donc pas s’envisager sans l’intégration des niveaux d’organisation inférieurs que sont l’individu et la population. Une part importante des travaux menés par l’équipe consiste par conséquent à établir des passerelles entre ces différents niveaux d’organisation.

La prise en compte de la dimension spatiale se fait essentiellement à 2 échelles :

  • À une échelle « fine », l’équipe s’intéresse à l’impact d’hétérogénéités locales sur les comportements (par exemple, la prédation) ou les traits (par exemple, les défenses anti-herbivores) individuels et leurs répercussions à des niveaux d’organisation supérieurs.
    Les conséquences de modifications des caractéristiques abiotiques du milieu liées à l’activité d’un groupe fonctionnel ou d’une espèce (espèce ingénieur de l’écosystème) sur le développement de la communauté associée fait également partie des préoccupations de l’équipe.
  • À une échelle plus globale (niveau du paysage), les approches considérant des métapopulations et des métacommunautés sont privilégiées. Elles sont utilisées dans le cadre de l’étude de la dynamique et du fonctionnement des communautés, comme par exemple pour évaluer l’impact de l’existence de zones refuges sur le maintien de populations de proies ou d’hôtes, ou l’influence de la mosaïque paysagère sur les communautés de pollinisateurs.
    Ces approches nous permettent également d’étudier le rôle de la structuration spatiale sur l’évolution des réseaux trophiques, notamment dans le but de comprendre les interactions entre les forces de sélection locales et les flux de gènes associés aux migrations d’individus entre sous-populations.

    Nicolas LOEUILLE, chef de l’équipe EERI, PU UPMC