Interactions biotiques et dynamiques des populations : approches empiriques et théoriques de la prédation pré-dispersion des graines par les insectes

Biotic interactions and population dynamics : Empirical and theoretical approaches of pre-dispersal seed predation by insects

• Auteur / Autrice : Violette Doublet
• Direction : François Lefèvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie et Biodiversité
• Date : Soutenance le 05/06/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecologie des Forêts méditerranéennes (Avignon)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Anne Auger-Rozenberg
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Lefèvre, Marie-Anne Auger-Rozenberg, Georges Kunstler, Frank Schurr, Réjane Streiff, Thomas Boivin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georges Kunstler, Frank Schurr

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollinisation par les insectes

Relations insecte-plante

Forêts -- Dynamique

Mots clés libres

Prédation pré-Dispersion

Masting

Dynamique des peuplements forestiers

Effet Allee

Impacts démogénétiques

Interactions arbres-Insectes

Pre-Dispersal seed predation

Masting

Tree population dynamics

Allee effect

Demogenetic impacts

Tree-Insect interactions

Résumé

Les interactions biotiques figurent parmi les processus clés de la dynamique des populations et constituent un enjeu fort pour le renouvellement et la persistance des espèces au sein des écosystèmes. En particulier, l’herbivorie par les insectes prédateurs des graines avant dispersion est un processus écologique majeur de la dynamique forestière par son impact sur le succès reproducteur des arbres et leur régénération naturelle. Cependant, les conséquences de cette herbivorie sur la dynamique et l’évolution des populations d’arbres demeurent des fronts de science, qui ont été abordés dans cette thèse de façon intégrative en combinant des approches empirique et théorique. L’approche empirique a visé la caractérisation des déterminants de la dynamique spatio-temporelle du taux de prédation des graines en forêt naturelle. Le système modèle d’interactions arbres-insectes analysé implique des Hyménoptères séminiphages (Megastigmus spp., Torymidae) et leur hôte obligatoire, le Cèdre de l’Atlas (Cedrus atlantica, Pinaceae), localisé dans le sud-est de la France. À l’échelle de la population d’hôtes, les résultats ont révélé le caractère transitoire de la distribution spatiale des insectes qui est fortement déterminée par les variations spatio-temporelles de la densité des graines. En outre, la dynamique de fructification de type ‘masting’ du Cèdre est un moteur majeur de la dynamique spatio-temporelle des insectes. De plus, on a pu montrer l’existence d’une variation inter-individuelle de la sensibilité des arbres à la prédation des graines. Une analyse préliminaire a suggéré que cette variation est en partie d’origine génétique, et les travaux complémentaires à mener en ce sens ont pu être précisés. L’approche théorique a permis d’analyser les effets conjoints du masting et de la distribution spatiale des prédateurs des graines sur les processus démographiques et la diversité génétique dans une population d’arbres en expansion naturelle. La modélisation analytique de ces interactions a révélé d’une part que la prédation des graines avant dispersion génère des effets Allee influençant la mise en place de la diversité génétique de la population d’arbres au cours d’une expansion, et que le masting est susceptible de tempérer cet impact de la prédation des graines. Ces travaux ont apporté un éclairage nouveau sur les implications possibles des insectes prédateurs des graines avant dispersion dans la dynamique et l’évolution des peuplements forestiers.

Biotic interactions are among key processes in population dynamics and critical issues for the renewal and persistence of species within ecosystems. In particular, herbivory by pre-dispersal seed insect predators is a major ecological process in forest dynamics due to its impact on tree reproductive success and on natural regeneration. However, its consequence on tree population dynamics and evolution remain poorly documented. This thesis contributed to fill this gap as an integrative combination of empirical and theoretical approaches. The empirical approach aimed to characterize the drivers of the spatio-temporal dynamics of seed predation rates in natural forest. We used a system of tree-insect interactions involving seed predators (Megastigmus spp., Hymenoptera: Torymidae) and their obligate host, the Atlas Cedar (Cedrus atlantica, Pinaceae), located in south-eastern France. At the host population scale, our results revealed that the transient pattern of the spatial distribution of insects was primarily explained by spatiotemporal variations in seed density. Thus, Cedar masting appeared to be a major driving force of the insects’ spatial and temporal dynamics. We have also highlighted the existence of an inter-individual variation in the sensitivity of trees to seed predation. A preliminary analysis has suggested that such variation is partly under genetic control and we propose further analyses to be carried out in such perspective. The theoretical approach aimed to analyse the joint effects of masting and the spatial distribution of pre-dispersal seed predation by insects on demographic processes and genetic diversity in an expanding tree population. The analytical modelling of these interactions revealed on the one hand that pre-dispersal seed predation induce Allee effects that may affect the spatial structure of genetic diversity in the expanding tree population, and on the other hand, that masting was likely to buffer such demogenetic impact of seed predation. This work has shed new light on the possible implications of pre-dispersal predation by insects in the dynamics and evolution of forests.