Axe fédérateur interactions biotiques en contexte de stress abiotiques

Contexte théorique

Une des questions fondamentales pour les écologistes est de pouvoir quantifier et prédire l’effet d’un environnement abiotique changeant, en particulier stressant, sur les espèces et cela notamment pour rendre compte de l’état de la biodiversité. Par exemple, dans le contexte du changement climatique, les modèles enveloppe-climat relient les limites physiologiques thermiques des espèces à l’augmentation globale des températures terrestres pour prédire leur future aire de répartition. Toutefois, les organismes ne sont pas isolés dans leur environnement et les études expérimentales ou prédictives aboutissent souvent à des conclusions erronées car elles ne prennent pas en compte les interactions avec d’autres espèces à un même niveau trophique ou à des niveaux trophiques différents. Dans le contexte des changements globaux, les conséquences des stress ou contraintes abiotiques (e.g. thermique, hydrique, contaminants industriels, pesticides, etc.) sur les interactions biotiques qui influencent la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes sont encore méconnues. De même l’effet rétroactif de ces interactions biotiques sur la réponse des individus aux stress abiotiques (e.g. adaptation, plasticité phénotypique) reste peu étudié.

Cet axe fédérateur résulte de la fusion de deux axes du contrat précédent : l’axe « Communautés d’espèces, règles d’assemblages, diversification et fonctions », traitant des interactions entre espèces, et l’axe « Ecologie des stress abiotiques et contaminants, Ecotoxicologie », traitant des stress à différentes échelles mais prenant peu en compte les interactions biotiques. Ce nouvel axe visera donc à répondre à deux questions majeures :

Q1. L’une de nos principales hypothèses est que la réponse individuelle d’un organisme à un stress abiotique peut avoir des conséquences sur ses interactions biotiques. Cette hypothèse repose sur l’idée selon laquelle le stress, en modifiant les traits (moléculaires, physiologiques, morphologiques) d’un organisme cible, peut affecter sa stratégie d’utilisation des ressources et d’allocation d’énergie dans des grandes fonctions (croissance, reproduction, défense, etc.) ainsi que sa réponse dans son réseau d’interactions. La réponse au stress abiotique peut ainsi modifier la capacité de cet individu à partager les ressources avec des individus de la même espèce ou d’espèces différentes au sein d’un même niveau trophique (partitionnement des niches), ou encore modifier ses interactions avec les autres niveaux trophiques (e.g. investissement dans des symbioses ou des systèmes de défense). De tels effets peuvent modifier la diversité fonctionnelle des communautés et avoir des conséquences sur les processus écosystémiques fondamentaux (e.g. production, décomposition, régulation biologique des populations par des ennemis naturels) (Fig. 1).

 

Q2. Nous émettons l’hypothèse de l’existence d’un effet rétroactif des interactions biotiques et des processus écosystémiques sur la réponse des organismes aux stress abiotiques. Un tel effet pourrait avoir pour origine une modification de l’intensité du stress perçu par l’organisme cible, ou plus largement une modification de son environnement abiotique pouvant in fine altérer sa capacité de réponse au stress. Des phénomènes de facilitation entre plantes permettant de limiter l’évaporation de l’eau et ainsi de diminuer la sévérité de la sécheresse subie par ces plantes ont ainsi été démontrés. De même, des interactions biotiques (e.g. symbiose) améliorant la quantité ou la qualité des ressources nutritives permettent une allocation plus importante de ces ressources à la tolérance aux stress, reflétée par l’expression de traits de réponse spécifiques. Par ailleurs, la mise en place, par un organisme, de réponses aux interactions biotiques peut aussi modifier ses capacités de réponse aux stress abiotiques. Ceci peut être lié à l’existence de compromis, notamment énergétiques, à l’échelle de l’individu, mais également à l’existence de mécanismes de réponse partagés (e.g. voies hormonales) (Fig. 1).

La diversité des modèles biologiques (plantes, insectes phytophages ou frugivores, parasitoïdes, bactéries, plancton, poissons, etc.) et des échelles (du gène à l’écosystème) étudiés par les chercheurs de l’unité seront des atouts pour adresser ces questions dans le contexte des réseaux multitrophiques. Des interactions fortes seront également possibles avec les thématiques des autres axes : par exemple l’axe « modélisation » permettra de mettre en place des modèles prédictifs de l’effet des stress sur les interactions biotiques et le fonctionnement des écosystèmes ainsi que de leurs effets de rétroactions. De même des liens étroits peuvent être envisagés avec l’axe « phénotype étendu» puisque, par exemple, le microbiome d’un individu hôte peut avoir une influence sur sa capacité à résister aux stress de l’environnement et la réponse au stress d’un individu peut affecter en retour ses interactions avec son microbiome.

Interactions Biotiques En Contexte De Stress Abiotiques

Fig. 1 : Représentation schématique de l’effet d’un stress abiotique à différents niveaux d’organisation (de l’individu à l’écosystème) et des effets rétroactifs du fonctionnement de l’écosystème et des interactions biotiques sur la réponse des organismes au stress abiotique.