Évolution et émergence de structures dans les communautés écologiques complexes

Evolution and structure emergence in complex ecological communities

• Auteur / Autrice : Jules Fraboul
• Direction : Giulio Biroli, Silvia De Monte
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 14/09/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique de l'École normale supérieure
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole normale supérieure
• Jury : Président / Présidente : Simona Cocco
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Giulio Biroli, Nicolas Loeuille, Silvia De monte, Chiara Cammarota, Mylène MAïDA
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Loeuille, Chiara Cammarota

Mots clés

Mots clés libres

Physique Statistique

Ecologie

Evolution

Statistical Physics

Ecology

Evolution

Résumé

Les communautés écologiques, et les communautés microbiennes en particulier, peuvent être constituées de centaines ou de milliers d'espèces interagissant dans un réseau complexe. Cette complexité est la source de dynamiques très riches. Récemment, des progrès ont été réalisés dans la compréhension de cette dynamique en utilisant des outils issus de la physique statistique des systèmes désordonnés. L'idée générale est de remplacer la complexité des interactions par de l'aléatoire. Bien que cette approche se soit avérée utile pour comprendre les phénomènes écologiques, il lui manque une composante importante : l'évolution. Dans cette thèse, nous étudions l'interaction entre l'écologie et l'évolution. En particulier, nous montrons que l'évolution des communautés par sélection artificielle affecte les interactions entre les espèces de telle sorte qu'une certaine structure émerge. Nous étudions également l'évolution des espèces qui interagissent par le biais de la compétition pour des ressources avec un compromis métabolique, et nous montrons que cela peut conduire la communauté vers un état où toutes les ressources sont également disponibles et où un grand nombre d'espèces peuvent coexister.

Ecological communities, and microbial communities in particular, can consist of hundreds to thousands of species interacting in a complex network. This complexity is the source of very complicated dynamics. Recently, progress has been made in understanding these dynamics using tools from the statistical physics of disordered systems. The general idea is to replace the complexity of the interactions with randomness. While this approach has proven useful for understanding ecological phenomena, it lacks an important component: evolution. In this thesis, we investigate the interplay between ecology and evolution. In particular, we show that the evolution of communities through artificial selection affects the interactions between species in such a way that some structure emerges. We also study the evolution of species that interact through competition for resources with a metabolic trade-off, and show that this can drive the community towards a state where every resources are equally available and a large number of species can coexist.