LES COMMUNAUTÉS ANIMALES DES SOLS DES ÉTAGES ALPINS ET NIVAUX : ÉCOLOGIE, RÉSEAU TROPHIQUE ET LIENS AVEC LA DYNAMIQUE DES HUMUS

ANIMAL COMMUNITIES IN ALPINE AND NIVAL SOILS: ECOLOGY, FOOD WEBS AND LINKS WITH HUMUS DYNAMICS.

• Auteur / Autrice : Gabriel Marais
• Direction : Jian-Sheng Sun, Nicolas Bernier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2024
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : DIVONA (Diversités, Origines, Natures)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Structure et Instabilité des Génomes

Mots clés

Mots clés libres

Faune du sol

Etage Alpin et Nival

Dynamique des humus

Ecosystème d'altitude

Climat

Biodiversité

Soil fauna

Alpine and Nival belt

Humus dynamics

High-altitude ecosystems

Climate

Biodiversity

Résumé

Les écosystèmes des étages alpins et nivaux subissent actuellement des changements climatiques majorés par rapport aux écosystèmes de plaine. De profondes modifications dans leur structure, composition spécifique et fonctionnement sont donc attendues. Cependant, malgré le risque de métamorphose des écosystèmes d'altitude, leurs humus et la faune qu'ils abritent restent à ce jour très largement méconnus. Les travaux préliminaires mettent en évidence des communautés de collemboles d'altitude structurées autour d'un nombre certes limité d'espèces (environ 20 espèces) mais, pour la plupart, tout à fait originales (très rares, voire absentes à plus basse altitude). À l'inverse, le cortège d'espèces communes qui structure ordinairement les communautés de collemboles de la plaine aux forêts subalpines sont totalement absentes. L'hypothèse à vérifier est que les communautés animales du sol seraient davantage structurées par des facteurs de stress physico-chimiques d'origine climatiques que par des facteurs de régulation biologique. À l'instar des communautés végétales, la structuration des communautés animales des sols de haute altitude se ferait moins sur des bases d'interactions biologiques (compétition, facilitation, commensalisme…) que sur des critères physiologiques de résistance individuelle au stress climatique. Selon cette hypothèse, les modifications du climat influencent la structuration et la complexité des réseaux trophiques du sol. Les espèces opportunistes seraient favorisées par les conditions extrêmes régnant en haute altitude, tandis qu'un environnement riche en humus et en végétation soutiendrait une biodiversité structurée et complexe. L'hypothèse de travail sur laquelle s'adosse la thèse est qu'à une altitude et un lieu spécifique, il existe une mosaïque de végétation marquant divers stades de développement des humus et d'accumulation de matières organiques. Ce gradient d'accumulation de matières organiques pourrait servir de proxy pour analyser les impacts des changements climatiques sur les écosystèmes de haute altitude. Pour explorer cette hypothèse, nous proposons d'employer une combinaison de méthodes d'échantillonnage de la faune du sol : extraction à sec et par voie humide, piégeage de type Barber, chasse à vue... L'identification de la faune du sol serait basée à la fois sur des critères morphologiques et des analyses génétiques. L'approche par ADN environnemental à partir d'échantillons de sol a le double intérêt de proposer une vision alternative pour les groupes déjà identifiés visuellement et également d'élargir la palette des organismes du sol à d'autres groupes tels que les protistes, les bactéries et champignons. Cette étude des organismes du sol sera complétée par l'analyse micro-morphologique des humus et des analyses de laboratoire sur la matière organique. L'objectif principal est de décrire avec précision les communautés et les réseaux trophiques du sol, en intégrant des analyses multivariées pour modéliser les interactions entre faune, humus, et conditions climatiques, et ainsi élucider les mécanismes de résilience écologique en haute altitude. Les résultats obtenus permettront de consolider les connaissances sur l'organisation taxonomique des communautés animales du sol et d'élaborer des modèles des interactions entre la faune, l'humus et le climat. Ces modèles aideront à identifier les facteurs clés influençant la résilience écologique en haute altitude, en mettant en lumière les mécanismes par lesquels les changements climatiques affectent l'accumulation de matière organique et, par extension, la biodiversité et la stabilité des écosystèmes montagnards. Ces travaux seront aussi valorisés via des bases de données (INPN et GenBank) et les collections du MNHN. L'ensemble des travaux contribuera à des actions de préservation des écosystèmes d'altitude en lien avec des programmes de recherche voisin (Ice&Life) et des acteurs naturalistes locaux.

Alpine and nival ecosystems are currently experiencing more pronounced climate change than lowland ecosystems. Therefore, profound changes in their structure, species composition and functioning are expected. However, despite the risk of transformation, the humus and fauna of these high-altitude ecosystems remain largely unexplored. Preliminary work has shown that high-altitude springtail (Collembola) communities are structured around a limited number of species (about 20 species), most of which are highly original (very rare or even absent at lower altitudes). Conversely, the range of common species that usually structure springtail communities from the plains to subalpine forests is completely absent. The hypothesis to be tested is that soil animal communities are structured more by climatic physicochemical stress factors than by biological regulation factors. As with plant communities, the structuring of soil animal communities at high altitudes would depend less on biological interactions (competition, facilitation, commensalism, etc.) than on physiological criteria of individual stress resistance to climate. According to this hypothesis, climate change influence the structuring and complexity of soil food webs. Extreme conditions at high altitudes would favor opportunistic species, while an environment rich in humus and vegetation would support structured and complex biodiversity. The working hypothesis on which this thesis is based is that, at a given elevation and site, there is a patchwork of vegetation that marks different stages of humus development and organic matter accumulation. This gradient of organic matter accumulation could serve as a proxy for analyzing the effects of climate change on high-altitude ecosystems. To test this hypothesis, we propose to use a combination of soil fauna sampling methods: dry and wet extraction, Barber trapping, sight hunting... Identification of the soil fauna will be based on both morphological criteria and genetic analysis. The approach using environmental DNA from soil samples has the dual advantage of providing an alternative view for groups already visually identified, as well as broadening the range of soil organisms studied to include other groups such as protists, bacteria and fungi. This study of soil organisms will be complemented by micromorphological analysis of humus and laboratory analysis of organic matter. The aim is to accurately describe soil communities and food webs, integrating multivariate analyses to model interactions between fauna, humus and climatic conditions, and thus elucidate the mechanisms of ecological resilience at high altitudes. The results obtained will allow us to consolidate our knowledge of the taxonomic organization of soil animal communities and to develop models of the interactions between fauna, humus and climate. These models will help to identify the key factors influencing ecological resilience at high altitudes and will shed light on the mechanisms by which climate change affects the accumulation of organic matter and, by extension, the biodiversity and stability of mountain ecosystems. This work will also be valorized through databases (INPN and GenBank) and MNHN collections. All this work will contribute to the conservation of high-altitude ecosystems, in collaboration with neighboring research programs (Ice&Life) and local naturalists.