Apports de la modélisation des interactions pour une compréhension fonctionnelle d'un écosystème : application à des bactéries nitrifiantes en chémostat

Biotic interactions modelling for a functional understanding of an ecosystem

• Auteur / Autrice : Maxime Dumont
• Direction : Jean-Jacques Godon, Jérôme Harmand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie et microbiologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Jury : Président / Présidente : Tatiana Vallaeys

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles écologiques

Systèmes dynamiques

Nitrification

Chémostats

Écologie microbienne

Mots clés libres

Ecologie

Ecologie microbienne

Chémostat

Nitrification

Empreintes moléculaires

ADNr 16S

Systèmes dynamiques

Modélisation

Approche systémique

Bilan de matières

Observateurs

Automatique

Interactions inter- et intra-spécifiques

Perturbations

Résumé

Les caractéristiques des écosystèmes microbiens en font des modèles d'étude pertinents pour aborder des questions importantes de l'écologie générale par une approche expérimentale et théorique. Leur utilisation reste néanmoins marginale du fait de la difficulté à extraire certaines informations clés. Dans cette thèse, nous avons travaillé à dépasser ces difficultés pour étudier le lien biodiversité-fonctionnement des écosystèmes par le couplage d'outils de la biologie moléculaire et de l'automatique lors du suivi de chémostats nitrifiants. D'abord, nous avons élaboré une procédure générique permettant d'assigner une des fonctions étudiée de l'écosystème considéré à chacun des phylotypes (i. E. Espèces moléculaires) détectés via des empreintes moléculaires. Cette méthode constitue une étape essentielle pour effectuer une modélisation structurée de type ''bilan de matière'' des interactions inter- et intra-spécifiques pouvant s'établir entre les différentes espèces assemblées. Ensuite, nous avons procédé à une modélisation de ce type en considérant la dynamique de quatre bactéries nitrifiantes : deux nitritantes (i. E. Oxydant l'azote ammoniacal en nitrite) et deux nitratantes (i. E. Oxydant les nitrites en nitrates). La confrontation des données expérimentales de ces quatre phylotypes avec les sorties du modèle montre que la prise en compte des différents types d'interactions permet d'expliquer la coexistence de plusieurs espèces en compétition pour une même ressource ainsi que la dynamique des fonctions exprimées au niveau de l'écosystème considéré. Enfin, nous avons étudié l'influence de différentes perturbations biotiques sur la résilience des systèmes nitrifiants et confirmons plusieurs études tendant à montrer que le fonctionnement macroscopique stable d'un écosystème peut s'accompagner de variations importantes au niveau populationnel

The characteristics of microbial ecosystems make them appropriate models for studying certain important issues in general ecology using both theoretical and experimental approaches. However, their use remains marginal due to the difficulty in extracting key information. In this thesis, we have worked to such difficulties in the study of the link between biodiversity and ecosystem functioning by the use of molecular and automatic tools during the monitoring of nitrifying chemostats. First, we propose a generic method for allocating one of the studied functions performed by an ecosystem to each of the phylotypes (i. E. Molecular species) detected by molecular fingerprinting. This method constitutes an essential step in devising a structured mass-balance model taking account of inter- and intra-specific interactions which may occur between the different assembled species. Then, we accomplished such modeling by considering the dynamics of four phylotypes: two AOB (i. E. Oxidizing ammonium into nitrite) and two NOB (i. E. Oxidizing nitrites into nitrates). The comparison of the experimental data for these four phylotypes with the simulation given by the model shows that microbial interactions can lead to coexistence and play an important role in the functions expressed by the ecosystem. Finally, we have also studied the influence of different biotic disturbances on the resilience of the nitrifying systems and as a result, confirm studies which have been shown that the macroscopic functioning of an ecosystem can be stable despite significant variations at the populational scale