Modélisation de l’impact des changements planétaires sur les communautés et les réseaux trophiques
Résumé
Nowadays, natural ecosystems are modified by several strong human influences, known collectively as global changes (global warming, habitat fragmentation, species introductions,...). In this context, an important issue is to assess whether these changes impact on the coexistence and diversity of species in ecological communities. Through the development of theoretical and statistical models, I have characterised the impact of some avatars of these changes on communities structured either trophically or spatially. These models essentially deal with:(i) relationships between ecological niche, spatial distribution and diversity. Based on three studies, we analysed the relationships linking the ecological niche to coexistence patterns or to species spatial distribution. These studies deal respectively with the analysis of species occurrence patterns in a mollusk metacommunity in the West Indies, an ecological model assessing the link between habitat spatial autocorrelation and species occurrence, and an evolutionary model on the consequences of ecosystem engineering on phenotype diversification in a community; (ii) food webs and their peculiarities in community ecology. In a first study dealing with fishes in perialpine lakes (more than 20 years of data), the role of intra-guild predation was assessed in a context of environmental change (eutrophication). Second, a theoretical model was developed to analyse the consequences of competition among species of the same trophic level on the limit of trophic level numbers and on the evolution of colonisation abilities; (iii) the explanation of species coexistence based on a competition-colonisation trade-off. A methodological part validates, proves and gives the limits of a metapopulation fitness criterion. The second more conceptual part deals with the origin of the competition-colonisation trade-off by looking at a mechanistic description of the system at the individual level; (iv) the evolution of dispersal ability in response to environmental changes. A first study shows that the statistical distribution of carrying capacities among sites usable by a species can induce either a stabilising or diversifying selection pressure on its dispersal rate. In a second study, a simple model of pollination fluctuations in a plant metapopulation highlights the emergence of an evolutionary association of high dispersal with self-fertilisation. Several discussion points and ideas arise from this group of studies, dealing mostly with (i)model specification needs and qualities, (ii) available empirical data, their quality and their relationship with models, and (iii) the possibilities of applications of general models to conservation and biodiversity issues.
Les écosystèmes naturels sont soumis actuellement à d’importantes influences d’origine humaine,regroupées sous le nom de changements planétaires (réchauffement climatique, fragmentation de l’habitat, introductions d’espèces,...). Une question importante dans ce contexte est de savoir si ces changements vont avoir un impact sur la coexistence et la diversité des espèces au sein des communautés écologiques. Grâce au développement de modèles théoriques et statistiques, j’ai cherché à qualifier l’impact de certains avatars de ces changements sur des communautés structurées soit en réseau trophique, soit dans l’espace. Ces modèles portent essentiellement sur :(i) les liens entre niche écologique, distribution spatiale et diversité. Trois études permettent d’analyser les relations liant la niche écologique aux patrons de coexistence ou à la distribution spatiale des espèces. Ces études sont respectivement l’analyse des patrons d’occurrence d’espèces dans une métacommunauté de mollusques aux Antilles, un modèle écologique traitant du lien entre autocorrélation spatiale de l’habitat et de l’occurrence d’une espèce, et un modèle évolutif s’intéressant aux conséquences de l’ingénierie d’écosystème sur la diversification des phénotypes au sein d’une communauté ;(ii) les réseaux trophiques et leurs particularités au sein de l’écologie des communautés. Dans une première étude sur des poissons des lacs périalpins (plus de 20 années de suivi), est évalué le rôle de la prédation intra-guilde dans un contexte de changement environnemental (eutrophisation). Un modèle théorique permet ensuite d’analyser les conséquences de la compétition intraniveau trophique sur la limitation du nombre de niveaux trophiques et sur l’évolution des capacité de colonisation ; (iii) l’explication de la coexistence d’espèces par l’existence d’un compromis entre capacité de colonisation et de compétition. Une partie méthodologique cherche à valider, démontrer et donner les limites d’un critère de valeur sélective en métapopulation. La seconde partie, plus conceptuelle, s’intéresse à l’origine du compromis entre capacité à coloniser et compétitivité en partant d’un modèle mécaniste décrit au niveau des individus ; (iv) l’évolution de la capacité à disperser en fonction de changements environnementaux. Une première étude montre que la distribution statistique des capacités de charge (« carrying capacity ») des sites occupables par une espèce induit une pression de sélection stabilisante ou diversifiante sur son taux de dispersion. Dans une deuxième étude, une modélisation simple de la fluctuation du taux de pollinisation dans une métapopulation de plantes permet de montrer l’émergence d’une association évolutive entre dispersion et tendance à l’allofécondation. L’ensemble des travaux réalisés suggèrent différentes pistes de discussion et de réflexion en écologie des communautés, concernant notamment (i) les nécessités en matière de modèles et leurs qualités, (ii) les données empiriques exploitables, leur qualité et leur rapport aux modèles, et (iii) les possibilités d’applications de modèles généraux aux problèmes de conservation et de gestion de la biodiversité.