Persistance, compétition et évolution dans un environnement hétérogène

Living, competing and evolving in a heterogeneous environment

• Auteur / Autrice : Florence Débarre
• Direction : Sylvain Gandon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Soutenance le 10/11/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Olivieri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mike Boots, Samuel Alizon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eva Kisdi, Vincent Jansen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement -- Recherche

Biodiversité

Évolution (biologie)

Mots clés libres

Structure spatiale

Evolution

Spécialisation

Cline

Résistance

Adaptation locale

Spatial structure

Evolution

Specialization

Cline

Resistance

Local adaptation

Résumé

Tout observateur peut constater la diversité des milieux sur Terre. La compréhension des liens entre cette diversité des habitats et la biodiversité est l'un des thèmes centraux en Écologie, en Évolution et en Biologie de la conservation. Je m'intéresse dans cette thèse aux conséquences écologiques (à court terme) et évolutives (à plus long terme) de la structuration spatiale et de l'hétérogénéité de l'environnement. Je développe et analyse plusieurs modèles mathématiques, combinant différents formalismes théoriques (dynamiques adaptatives, génétique des populations, génétique quantitative). Ces modèles permettent d'explorer les conséquences de l'hétérogénéité spatiale de l'environnement sur (1) les conditions de persistance des populations ; (2) la coexistence entre différents phénotypes et (3) la dynamique évolutive des populations. Je montre ainsi l'importance (i) de l'intensité et de la place de la migration dans le cycle de vie ; (ii) du type de structure spatiale (explicite ou implicite, continu ou discret) ; (iii) de la forme du compromis évolutif, et donc des coûts d'adaptation à une autre ressource ; et enfin (iv) des éventuels rétrocontrôles démographiques. J'illustre à l'aide des interactions entre hôtes et parasites l'importance des hétérogénéités spatiales. Un premier exemple concerne leur utilisation dans la gestion des pharmacorésistances ou des résistances aux insecticides : une répartition hétérogène du traitement permet d'éviter la propagation de parasites ou de nuisibles résistants. Un second exemple, enfin, illustre comment les hétérogénéités dues à l'auto-structuration spatiale influencent l'évolution de stratégies de défense des hôtes, et permettent l'évolution de défenses altruistes.

Any observer can notice the diversity of habitats on Earth. Understanding the links betweenthis diversity of habitats and biodiversity is a core topic in Ecology, Evolution andConservation Biology.In this thesis, I study the ecological (short-term) and evolutionary (long-term) consequencesof spatial structuring and environmental heterogeneities. I develop and analyzeseveral mathematical models, which combine different theoretical frameworks (adaptivedynamics, population genetics, and quantitative genetics). I explore the consequences ofspatial heterogeneities on (1) the conditions for population persistence; (2) the coexistenceof different phenotypes, and (3) evolutionary dynamics of populations. I show that theresults depend on (i) the life-cycle, and in particular whether migration influences local regulation;(ii) the choice of the spatial structure (explicit or implicit, continuous or discrete);(iii) the shape of the trade-off, and hence the costs of adaptation to another resource, andfinally (iv) the potential demographical feedbacks.I use the specific case of hosts and parasites interactions to illustrate the importanceof spatial heterogeneities. As a first example, I show that a heterogeneous application oftreatments can help prevent the spread of resistant parasites or pests. Secondly, I show howspatial heterogeneities due to self-structuring influence the evolution of host defense strategies,and allow for the evolution of altruistic defense strategies.