Thèse soutenue

Les traits stœchiométriques dans les analyses écologiques : Un outil pour comprendre la réponse des communautés aux changements globaux
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Auteur / Autrice : Miriam Beck
Direction : Michaël DangerÉlise Billoir
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité, écosystèmes
Date : Soutenance le 06/12/2021
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (Vandoeuvre-lès-Nancy)
Jury : Président / Présidente : Simon Devin
Examinateurs / Examinatrices : Michaël Danger, Élise Billoir, Ralf B. Schäfer, Nuria Bonada Caparros, Franck Jabot, Maren Striebel, Philippe Usseglio-Polatera
Rapporteurs / Rapporteuses : Ralf B. Schäfer, Nuria Bonada Caparros

Résumé

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Dans de nombreux écosystèmes à travers le monde, les changements de concentrations et d’abondance relative des nutriments constituent un facteur de stress majeur. Les communautés de consommateurs ne sont souvent pas directement affectées par ces changements, mais plutôt indirectement par les modifications induites dans la quantité et la qualité des ressources de base. Par exemple, dans des conditions de forte disponibilité en phosphore, les taxons de petite taille et à croissance rapide sont favorisés tous comme ceux étant naturellement riches en phosphore. La théorie de la Stœchiométrie Ecologique (EST, Ecological Stoichiometry Theory) offre un cadre conceptuel pour étudier l'équilibre et les flux d'éléments (c.a.d. de nutriments) entre les organismes et l'environnement. Les traits stœchiométriques, ici considérés sous l’angle de la composition élémentaire des tissus corporels d'un organisme, ont pu être liés avec succès à la qualité des ressources ou à des traits fonctionnels des taxons, notamment le taux de croissance et le groupe trophique des organismes. Néanmoins, jusqu'à présent, la plupart des études n'ont pas dépassé le niveau du taxon ou de la population et les liens explicites entre la structure des communautés de consommateurs et la disponibilité en nutriments restent rares. L'objectif de mon doctorat était d'étudier si - et dans quelle mesure - l'intégration de traits stœchiométriques dans les analyses de communautés pouvait améliorer notre compréhension de leur réponse aux changements de concentrations en nutriments. En prenant pour communautés modèles les macroinvertébrés des cours d'eau, j'ai testé les hypothèses de l'EST en m'appuyant sur trois bases de données comprenant (i) des traits stœchiométriques (base de données construite dans le cadre de cette thèse), (ii) des traits fonctionnels et (iii) la structure des communautés de macroinvertébrés en France (abondances et paramètres environnementaux). J'ai ainsi pu mettre en évidence des liens entre les traits stœchiométriques et les autres traits fonctionnels des taxons, ainsi qu'entre la concentration des nutriments de l'eau et la stœchiométrie des communautés. Ces résultats pourraient être expliqués de manière complémentaire par l’EST et la phylogénie. La phylogénie contrôle largement la stœchiométrie des taxons, entraînant des réponses distinctes parmi les principaux groupes taxonomiques. De même, les variations d’abondance relative des différents taxons selon la disponibilité des nutriments tendent à réduire l’importance des traits stœchiométriques comme facteur explicatif. Cependant, en considérant un seul cours d’eau subissant une réduction progressive des concentrations en phosphore, la stœchiométrie de la communauté et sa réponse fonctionnelle ont suivi nos attentes basées sur l'EST : Une réduction du phosphore sélectionne des taxons pauvres en P et réduit le %P de la communauté. En outre, des conditions de phosphore élevées ont favorisé les traits liés au développement rapide (par ex. petites tailles de corps, courte durée de vie) et à la détritivorie, tandis que des conditions de phosphore faibles ont favorisé les taxons à développement lent et à dominance prédateurs. Les traits stœchiométriques étaient largement impliqués dans ce lien, soulignant leur potentiel pour expliquer les réponses écologiques aux changements de concentrations en nutriments. Il reste maintenant à étudier comment les changements de stocks de nutriments constitués par les consommateurs affecte in fine le cycle des nutriments, et le transfert de ces nutriments vers les niveaux trophiques supérieurs et les écosystèmes adjacents. Il pourrait également être intéressant d'étudier l’applicabilité de ces approches à d'autres facteurs de stress globaux, notamment le réchauffement climatique. L'extension de la base de données de traits stœchiométriques pourrait ainsi contribuer à élargir l'application de cette approche et à tester nos résultats sur d'autres types d’écosystèmes.