Intéractions multi-échelles entre ressources abiotiques, réseaux trophiques et propriétés des écosystèmes : Nouveaux jalons théoriques pour une écologie intégrative

MULTI-SCALE FEEDBACKS BETWEEN ABIOTIC RESSOURCES, FOOD WEBS AND ECOSYSTEM PROPERTIES : New theoretical milestones for an integrative ecology

• Auteur / Autrice : Isabelle Gounand
• Direction : Nicolas Mouquet, Dominique Gravel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecosystèmes et sciences agronomiques
• Date : Soutenance le 17/12/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2 en cotutelle avec Université du Québec à Rimouski
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de l'évolution (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Mouquet, Dominique Gravel, Claire De Mazancourt, Jonathan M. Chase, Sébastien Barot, Christian Nozais, Elisa Thébault, Benoît Jaillard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claire De Mazancourt, Jonathan M. Chase, Sébastien Barot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Assemblage des communautés (écologie)

Biodiversité

Écosystème

Mots clés libres

Biodiversité

Nutriments inorganiques

Développement des écosystèmes

Assemblage des communautés

Méta-Écosystèmes

Recyclage

Biodiversity

Inorganic nutrients

Ecosystem development

Community assembly

Metaecosystems

Recycling

Résumé

Ce travail de thèse s'inscrit dans l'effort actuel de construction d'une écologie intégrative. J'y étudie les mécanismes d'interaction entre ressources abiotiques, réseaux trophiques et propriétés des écosystèmes, au moyen d'une expérience d'évolution, d'un modèle de méta-écosystème et d'un modèle bioénergétique d'assemblage d'écosystèmes. Les organismes modifient la disponibilité des ressources en les prélevant pour leur croissance. Inversement, la disponibilité des ressources influence la diversité et la composition en espèces du réseau trophique, en agissant comme force de sélection sur les traits d'acquisition des ressources (chap. 1, 5). Les propriétés de l'écosystème, telles que stabilité et productivité, dérivent des interactions entre la dynamique des ressources et celle du réseau trophique (chap. 2). Enfin, le fonctionnement de l'écosystème rétroagit sur les ressources abiotiques via le recyclage de la biomasse (chap. 2, 5). Ces processus interviennent lors de l'assemblage des réseaux trophiques et structurent le développement des écosystèmes (chap. 3-5). Dans cette thèse j'analyse ces mécanismes de rétroaction biotique-abiotique sur plusieurs échelles d'organisation, d'espace et de temps. Notamment, les modèles développés ici fournissent des outils novateurs pour étudier les mécanismes de construction des écosystèmes, en mettant en évidence les liens entre métabolisme des espèces, structure du réseau trophique et fonctionnement de l'écosystème, et leur variation au cours du temps. Ce travail ouvre de vastes perspectives de recherche en combinant les derniers progrès d'une écologie intégrative dans une conception mécaniste du développement des écosystèmes.

This thesis participates to the current effort towards the construction of an integrative ecology. I study the feedback mechanisms between abiotic resources, food webs and ecosystem properties, through an evolution experiment, a model of metaecosystem, and a bioenergetic ecosystem assembly model. Organisms modify resource availability by consuming them for their growth. Conversely, resource availability influences the species diversity and composition of the food web, by acting as a selection pressure on traits for resource acquisition (chap. 1, 5). Ecosystem properties, such as stability and productivity, derive from the interactions between resource and food web dynamics (chap. 2). Finally, ecosystem functioning feeds back on abiotic resources through the recycling of biomass (chap. 2 and 5). These processes occur during the food web assembly and drive the development of ecosystems (chap. 3-5). In this thesis I analyze these biotic-abiotic feedback mechanisms on several scales of organization, space and time. The models developed here provide innovative tools to study the mechanisms of ecosystem construction by pointing out the links between species metabolism, food web structure and ecosystem functioning, and their variation through time. This work opens wide research perspectives, as it combines the most recent progress of an integrative ecology into a mechanistic framework of ecosystem development.