Добірка наукової літератури з теми "Dynamiques éco-évolutives"

La santé d’un écosystème est souvent présentée comme une propriété émergente relative à son « bon fonctionnement ». Suite à la déclaration de l’Académie vétérinaire de France du 17 juillet 2021 sur la santé publique vétérinaire, et à son invitation, le présent article commente la notion à la lumière des connaissances écologiques et propose une définition de la santé des écosystèmes : « État de diversité et de fonctionnement d’un écosystème qui, en tant qu’unité écologique située dans un cadre spatio-temporel délimité, se caractérise par ses propriétés physicochimiques et biologiques, dont sa robustesse et sa résilience, notamment au regard de stress extérieurs. Un écosystème est donc en « bonne santé » s’il préserve le maximum de ses fonctions, de ses dynamiques et de ses capacités évolutives potentielles, ainsi que celles des systèmes qu’il inclut et qui l’incluent. Les différents états de déficit éventuel, ou états de santé, peuvent être qualifiés sur la base d’une démarche (éco)épidémiologique, qui permet de poser un diagnostic, un pronostic, et de proposer des chemins « thérapeutiques », à l’instar des disciplines médicales et vétérinaires. » La place de la santé des écosystèmes au sein du concept « Une seule santé » est ensuite discutée. Mots-clés : Une seule santé, écologie de la santé, santé globale, santé planétaire

Les communautés écologiques présentent une diversité importante d'organismes et d'interactions. Comprendre le fonctionnement de ces différents types d'interactions constitue l'un des enjeux majeurs de l'écologie des communautés. Cependant, une large majorité des travaux s'intéressant à ces questions s'est focalisée sur les différents types d'interactions séparément. Cette thèse cherche à comprendre comment le couplage entre différents types d'interactions affecte la dynamique des communautés naturelles. Au travers d'une approche théorique, des modèles simples de communautés comprenant deux types d'interactions sont construits. Ces communautés sont constituées de trois espèces : une espèce basale, plante, interagissant avec un antagoniste, herbivore et un mutualiste, pollinisateur. Nous décrivons comment l'effet indirect entre interactions antagonistes et mutualistes affecte les dynamiques écologiques et évolutives des communautés face à une perturbation. Nous montrons que la relation entre pollinisateurs et herbivores à des conséquences importantes pour le maintien éco-Évolutif de la communauté et pour sa stabilité. Nous étudions ensuite la dynamique évolutive de traits particuliers, qui sont impliqués dans chaque type d'interactions. Certains traits attractifs ou de défense des plantes, affectent à la fois les interactions avec les pollinisateurs et les herbivores. Nous montrons comment les pressions de sélection opposées dues à la pollinisation et à l'herbivorie modifient l'évolution de ces traits et peuvent amener à la diversification des plantes
Ecological communities involve an amazing diversity of organisms and interactions. Understanding how this diversity of interaction types (competition, mutualism or predation) affects the ecological and evolutionary dynamics of natural systems is an important challenge of community ecology. However, a large majority of works in community ecology theory considers interaction types separately. This thesis focus on the interplay between antagonism and mutualism. With a theoretical approach, small community models, including antagonistic and mutualistic interactions are built. These communities contain three species : one basal species (a plant) with an antagonist (herbivore) and a mutualistic species (pollinator). First, we study how the indirect effect between the two interaction types affects the ecological and evolutionary dynamics of communities in the currency of a disturbance. Second, we study the evolutionary dynamics of special traits, that are involved in each interaction type. Attractive traits or defensive traits of plants affect both interaction with pollinators and herbivores. We depict how the opposite selective pressures due to pollination and herbivory modify the evolution of these traits and show that they can lead to evolutionary diversification of plants. Following this diversification, the coevolutionary emergence of complex interaction networks is studied

La densité de population, c'est-à-dire le nombre d'individus présents dans un espace donné, a une grande influence sur les performances des individus et populations. La présence générale de densité-dépendance et de traits densité-dépendants au sein de l'arbre du vivant fait qu'il est important d'en savoir plus sur comment cette densité-dépendance peut évoluer et influencer les dynamiques de populations. Quand une population se propage dans l'espace, la densité de population peut dramatiquement varier sur une courte échelle spatiale, allant d'un cœur déjà occupé et parfois densément peuplé, aux zones vides au-delà du bord de l'expansion. Dans ce contexte, comprendre comment les traits liés à la dispersion répondent à la densité est essentiel car cela pourrait potentiellement changer les dynamiques écologiques et évolutives le long d'une expansion. Notamment, la densité-dépendance positive au niveau de la dispersion (ou du taux de croissance de la population) peut générer des expansions dites « poussées », où les individus provenant de populations éloignées du front sont la force motrice de l'expansion. Ces dynamiques sont comparées à des expansions plus « tirées » pour lesquelles la propagation est dirigée par les individus au bord du front d'expansion. Beaucoup d'études sur ce continuum tiré/poussé ignorent la possibilité d'une évolution de la densité-dépendance positive, mais aussi comment les traits générant cette densité-dépendance peuvent être corrélés, entre eux ou à d'autres traits. Au cours de cette thèse, j'ai combiné expansions expérimentales et simulées afin d'explorer comment l'évolution de traits d'histoire de vie corrélés et densité-dépendants peuvent influencer les dynamiques éco-évolutives d'un point de vue tiré/poussé. Tout d'abord, j'ai démontré que pour différentes espèces de trichogrammes, des micro-hyménoptères parasitoïdes, la position sur l'axe d'histoire de vie dit du Train-de-Vie (ou Pace-of-Life en anglais) était partiellement corrélée avec le statut poussé ou tiré d'une expansion, l'espèce plus « lente » générant des expansions plus poussées. Ensuite, à l'aide de Modèles Individus-Centrés, j'ai trouvé, contrairement à mes hypothèses, que la force de la corrélation entre traits d'histoire de vie n'influence pas de façon significative les dynamiques tirées/poussées globales. Cependant, les coûts de la dispersion peuvent remodeler de façon marquée la relation entre la diversité génétique et la densité-dépendance, un lien clé au sein des dynamiques poussées. Enfin, de nouveau à l'aide d'expansions simulées, j'ai tenté de construire des modèles prédictifs pour inférer des paramètres clés d'expansions poussées, à partir d'un ensemble de métriques basées sur la génétique ou la démographie des populations. Ces métriques seraient facilement récupérables sur le terrain ou à partir de jeux de données empiriques. Notre première preuve de concept présente des résultats encourageants, avec des modèles ayant de bonnes performances pour prédire la présence de densité-dépendance positive sur la dispersion ou une mesure spatiale de la diversité génétique neutre. Globalement, cette thèse démontre l'importance d'inclure l'évolution des traits densité-dépendants au sein des études sur les expansions biologiques tirées versus poussées, car cela pourrait amener à des changements de dynamiques tirées/poussées ; l'histoire (co-)évolutive semble aussi avoir un effet sur le statut poussé ou tiré d'une expansion, ce qui n'est pas le cas pour la structure de la corrélation. Des indications de trajectoires évolutives divergentes entre les expansions poussées générées par de la densité-dépendance positive sur la dispersion ou la croissance de la population ouvre la porte à de futures études sur l'évolution des expansions biologiques, et comment inclure cette évolution afin de réaliser de meilleures prédictions sur des scénarios d'expansions réelles
Population density, i.e. the number of individuals present in a given space, has a major influence on individual performance and ultimately population biology. The nearly ubiquitous presence of density-dependence and density-dependent traits within the Tree of Life makes it important to know more about how density-dependence can evolve and influence population dynamics. When a population is expanding over space, density varies dramatically over a short spatial scale from the already occupied, sometimes densely populated, core area to the empty spaces beyond the expanding edge. In this context, understanding how dispersal traits respond to density is essential to know as it will potentially lead to or shape various ecological and evolutionary changes along the expansion. Notably, positive density-dependence in dispersal (but also in population growth rates) can generate so-called "pushed" expansions, where individuals in populations well behind the leading edge mostly drive the spread. Such dynamics are compared to more "pulled" expansions, in which the spread is driven by individuals at the leading edge. Many studies on this pulled/pushed continuum ignore the possibility of an evolving positive density dependence, and how traits driving that density dependence may be correlated with other traits or each other. During this thesis, I combined experimental and simulated expansions to explore how the evolution of correlated density-dependent life-history traits could influence eco-evolutionary dynamics under the lens of pulled/pushed dynamics. First, I demonstrated that among different species of Trichogramma microwasps, each species' position on a pace-of-life continuum was partially correlated with how pushed or pulled the expansion is. Slower species generating more pushed expansions. Then, using an Individual-Based Model, I found, conversely to my expectations, that the strength of life-history trait correlation does not significantly influence overall pulled/pushed dynamics. However, there is evidence that dispersal costs can markedly reshape the relationship between neutral genetic diversity and density-dependence that is key to pushed dynamics. Finally, using simulated expansions again, I attempted to build predictive models that can infer key pushed expansion parameters from a set of metrics based on population genetics or demography that could be easily obtainable from empirical datasets or in the field. Our first proof of concept presented encouraging results, with good model performances when predicting the presence of positive density-dependence in dispersal or the spatial neutral genetic diversity. Overall, this thesis presents the importance of including the evolution of density-dependent traits within studies on pulled versus pushed expansions, as it may result in shifts within this continuum. The (co)evolutionary history also seems to influence how much the expansion is pushed or pulled, but not the correlation structure itself. Indications of divergent evolutionary trajectories between pushed expansions generated by positive density-dependence in dispersal or population growth open the door for further studies on the evolution of biological expansions, and on how to include it to make better predictions in real-life scenarios

La capacité de persistance d’une population face à un changement environnemental stressant est une question complexe à l’interface entre l’écologie et l’évolution. Le processus par lequel une population échappe à l’extinction en s’adaptant aux nouvelles conditions environnementales stressantes est nommé sauvetage évolutif. Ce cas particulier de dynamique éco-évolutive est de plus en plus étudié autant théoriquement, qu’expérimentalement, entre autres dans le contexte des changements environnementaux d’origines anthropiques. Cependant, les études modélisant ce processus négligent les interactions entre génotypes et environnements impactant le potentiel évolutif des populations faisant aux changements environnementaux. Dans le cadre de cette thèse, j’ai développé des modèles intégrant ces interactions. Pour cela, j’ai modélisé le processus de sauvetage évolutif de populations à reproduction asexuée, face à des changements environnementaux abruptes, en utilisant le paysage adaptatif de Fisher (modèle géométrique de Fisher (1930)). Ce paysage nous a permis de modéliser ces interactions génotypes-environnement et leur impact sur la proportion de mutations pouvant sauver une population. A travers deux modèles, considérant soit le sauvetage d’une population par une mutation d’effet fort, soit par un grand nombre de mutations d’effets faibles, nous avons pu dégager des prédictions pour la probabilité de sauvetage évolutif en fonction des conditions environnementales et des caractéristiques de l’organisme étudié. Ces modèles peuvent être paramétrés sur des données d’évolution expérimentale et leurs prédictions comparées à des données de traitement antibiotiques visant des pathogènes asexués. Au-delà du sauvetage évolutif, les modèles développés nous ont également permis d’établir des outils permettant de modéliser d’autres dynamiques éco-évolutives, intégrant des interactions génotype-environnement et leurs effets sur la distribution d’effets des mutations
The persistence ability of a population facing a stressing environmental change is a complex question at the connection between ecology and evolution. The process by which a population avoid extinction by adapting to the new stressing environmental conditions is termed evolutionary rescue. This particular case of eco-evolutionary dynamic is increasingly investigated both theoretically and experimentally, among other things in the context of the environmental changes from human activity. However, the studies modelling this process neglect the interactions between genotypes and environments impacting the evolutionary potential of the populations facing environmental changes. In the context of this thesis, I developed models integrating these interactions. To this end, I modelled the process of evolutionary rescue in asexual populations, facing abrupt environmental changes, using the adaptive landscape of Fisher (Fisher’s geometric model (1930)). This landscape allowed us to model the genotypes-environments interactions and their impact on the proportion of mutations able to save a population. Using two models, considering either the rescue of a population by a mutation of strong effect, either by a large number of mutation of small effect, we derived predictions for the probability of evolutionary rescue, which depends on the environmental conditions and the characteristics of the studied organism. These models can be parametrized on data from evolutionary experiments and their predictions compared to data of antibiotic treatments aiming on asexual pathogens. Beyond evolutionary rescue, the models developed in this thesis also gave tools to model other eco-evolutionary dynamics, integrating genotype-environment interactions and their effects on the distribution of mutations effects

La niche écologique d'un organisme correspond à l'environnement biotique et abiotique dans lequel il évolue et auquel il est adapté. Les organismes modifient cet environnement et donc les pressions de sélection qu'ils subissent en construisant leur niche. Les exemples de construction de niche sont nombreux : construction de structures physiques, agriculture et élevage, recyclage des nutriments, modification de l’environnement abiotique… On s’intéresse dans cette thèse aux conséquences écologiques et évolutives de la construction de niche à la fois pour l’espèce qui la pratique mais aussi à l’échelle de la communauté, voire de l’écosystème. Par exemple, la pratique de l’agriculture chez les humains a des effets majeurs sur la biodiversité et est un moteur d’évolution (sélection artificielle, adaptation à l’environnement modifié). Dans cette thèse, on développe plusieurs modèles simples de construction de niche. Le modèle principal étudié est un modèle trophique dans lequel un consommateur interagit avec deux ressources, l’une d’elles étant aidée par la construction de niche du consommateur (ce qui peut s’apparenter à de l’agriculture humaine, ou bien à la relation entre fourmis et pucerons). On étudie les conséquences des rétro-actions entre la dynamique écologique et évolutive de la construction de niche pour la coexistence des espèces et la structure des communautés, dans un contexte spatial, et non-spatial. Deux autres modèles sont consacrés à d’une part, l’étude de la construction de niche chez les micro-organismes, et d’autre part la modification de la niche par un changement d’interaction au cours du cycle de vie du papillon
The ecological niche of an organism correponds to the biotic and abiotic environment in which it evolves, and to which it is adapted. Organismes modify their environments, and consequently the selective pressures acting upon them, through niche construction. Niche construction examples are numerous : construction of physical structures, agriculture and pastoralism, nutrient recycling, abiotic environment alterations… In this thesis we investigae the ecological and evolutionary consequences of niche construction both for the species perfoming it, and for the community and ecosystem levels. For instance, agriculture in humans has major effects on biodiversity and is causing evolution in humans and other species (through artificial selection and adaptation to the agricultural modified environment). In this thesis, we develop several niche construction models. The main model consists of a trophic module in which a consumer interacts with two resources, one of them being helped through consumer niche construction (as in agriculture in humans or in the ant-aphids interaction). We study the consequences of feedbacks between ecological and evolutionary dynamics of niche construction for the species coexistence and community structure, in spatial and non-spatial contexts. Two other models are investigated : the first one is focusing on microbial niche construction, and the second one is focusing on niche modification caused by an ontogenetic change of interaction type in Lepidopteran lifecycle

Les scénarios de changements globaux sont précieux pour guider les stratégies de gestion et de gouvernance, inciter à la prise de décision et augmenter la prise de conscience collective des tendances futures de la biodiversité. Le degré de réalisme et d'intégration des modèles écosystémiques utilisés à cet effet est en constante progression, mais ils négligent encore souvent l'évolution des populations marines dans les projections futures. Or, celles-ci s'adaptent aux changements globaux, que ce soit par la plasticité phénotypique ou l'évolution, au travers de modifications de leurs caractéristiques biologiques telles que les traits d'histoire de vie, physiologiques et bioénergétiques. L'enjeu de cette thèse est de développer un modèle écosystémique qui permette d'explorer des scénarios de biodiversité aux échelles intra- et inter-spécifiques en représentant explicitement la plasticité phénotypique des traits d'histoire de vie, leur variabilité génétique, leur sélection et leur évolution sous l'influence combinée de la pêche et du changement climatique, ainsi que la dérive génétique et la perte de diversité génétique qui en résultent. Appliqué à la mer du Nord, ce nouveau modèle est utilisé pour comprendre les processus responsables des changements de traits d'histoire de vie qu'ils soient d'origine plastique ou d'origine évolutive. D'une part, les processus bioénergétiques sous-jacents aux changements plastiques sont étudiés par une approche originale comparant les différences entre les courbes de réponses thermiques fondamentales et réalisées pour différentes espèces et stades du cycle de vie. D'autre part, les changements des traits d'histoire de vie sont explorés à travers le prisme de l'évolution grâce à la prise en compte de pressions de sélection multiples telles que la pêche, les interactions proies-prédateurs et le changement climatique.L'intégration des processus plastiques et évolutifs dans les modèles écosystémiques permet de décrire la variabilité interindividuelle des traits biologiques et de comprendre leurs tendances temporelles observées dans le milieu marin. En cela, elle répond à l'enjeu crucial de crédibilité des projections de la biodiversité intra- et inter-spécifique sous scénarios combinant climat et pêche. L'intégration de ces processus permettra également de quantifier plus précisément les effets synergiques et antagonistes de ces deux pressions et de prendre en compte la capacité d'adaptation des populations aux changements globaux pour estimer de manière plus fiable leur résilience
Global change scenarios are valuable for guiding management and governance strategies, stimulating decision making, and increasing collective awareness of future biodiversity trends. The degree of realism and integration of ecosystem models used for this purpose is constantly improving, but they still often neglect the evolution of marine populations in future projections. However, marine populations adapt to global changes, either through phenotypic plasticity or evolution, through modifications of their biological characteristics such as life history traits, physiological and bioenergetic traits. The challenge of this thesis is to develop an ecosystem model that allows the exploration of biodiversity scenarios at intra- and inter-specific scales by explicitly representing the phenotypic plasticity of life history traits, their genetic variability, selection and evolution under the combined influence of fisheries and climate change, and the resulting genetic drift and loss of genetic diversity. Applied to the North Sea, this new model is used to understand the processes responsible for changes in life history traits, whether they are of plastic or evolutionary origin. On the one hand, the bioenergetic processes underlying plastic changes are studied by an original approach comparing the differences between the fundamental and realized thermal response curves for different species and life history stages. On the other hand, changes in life history traits are explored through an evolutionary lens by taking into account multiple selection pressures such as fishing, prey-predator interactions and climate change.The integration of plastic and evolutionary processes in ecosystem models allows to describe the inter-individual variability of biological traits and to understand their temporal trends observed in the marine environment. In this way, it responds to the crucial issue of credibility of intra- and inter-specific biodiversity projections under scenarios combining climate and fisheries. The integration of these processes will also allow to quantify more precisely the synergistic and antagonistic effects of these two pressures and to take into account the capacity of populations to adapt to global changes in order to estimate more reliably their resilience

Le monde change à un rythme sans précédent sous de nombreux aspects interconnectés les uns aux autres, et les écosystèmes sont parmi les premiers systèmes concernés. L'évolution actuelle des conditions environnementales – en partie induite par les activités anthropiques – s'accompagne d'une augmentation de la variabilité temporelle des processus environnementaux, qui vient s’ajouter à la variabilité naturelle existante. Ce travail de thèse fait partie des études qui cherchent à comprendre comment la variabilité de certains processus environnementaux clés va impacter la composition et les propriétés écologiques et évolutives des écosystèmes à différentes échelles. L'accent est mis en particulier sur l'interaction entre cette variabilité et le processus d'adaptation par évolution, qui est un aspect fondamental de la dynamique des écosystèmes. L'adaptation fait partie intégrante du fonctionnement des écosystèmes, mais elle est encore relativement peu considérée. Dans cette thèse, trois échelles biologiques sont considérées : l'échelle de la communauté, l'échelle de l'espèce et l'échelle des populations. Une approche de modélisation théorique est utilisée pour introduire certains aspects de la variabilité et étudier la façon dont les dynamiques écologiques et évolutives sont impactées.A l'échelle de la communauté, nous questionnons l'impact que des changements dans le niveau de co-adaptation des espèces peuvent avoir sur certaines relations biodiversité-fonctionnement des écosystèmes (BEF ; relations diversité-productivité, diversité-stabilité et diversité-réponse aux invasions). Des communautés aléatoires et co-adaptées sont comparées à l'aide de méthodes de dynamiques adaptatives. Les résultats montrent que la co-adaptation des espèces a un impact sur la plupart des relations BEF, inversant parfois la pente de la relation. À l'échelle de l'espèce, l'évolution de la tolérance au stress, dans le cadre d'un modèle de compromis entre la tolérance et la fécondité, est également explorée via des méthodes de dynamiques adaptatives. Les comportements évolutifs de ce modèle sont déterminés pour différentes intensités de trade-off et différentes distributions de stress. L'hétérogénéité du niveau de stress a un rôle plus important que le niveau de stress moyen dans la détermination de la stabilité de l’équilibre évolutif (contrôlant le branching). L’inverse est observé quant à la détermination de la valeur de la tolérance au stress à l’équilibre évolutif. Enfin, à l'échelle de la population, nous nous intéressons au flux génétique entre des sous-populations d'une même espèce, qui est un déterminant important de la dynamique évolutive. L'impact que des schémas de migrations variables dans le temps peuvent avoir sur le flux de gènes et sur l'adaptation locale est questionné en utilisant à la fois des analyses mathématiques et des simulations stochastiques d'un modèle île-continent. Dans ce modèle, la migration se produit sous forme de ``pulses'' récurrents. On constate que cette migratoire pulsée peut diminuer ou augmenter le taux de migration effectif selon le type de sélection appliquée. Globalement, la migration pulsée favorise la fixation d'allèles délétères et augmente la maladaptation. Les résultats suggèrent également que la migration pulsée peut laisser une signature détectable dans les génomes. Pour conclure, ces résultats sont mis en perspective, et des éléments sont proposés pour tester ces prédictions avec des données d’observations. Certaines conséquences pratiques que ces résultats peuvent avoir pour la gestion des écosystèmes et la conservation biologique sont également discutées
The world is changing at an unprecedented rate in many interconnected aspects, and ecosystems are primarily concerned. The current shift in environmental conditions is accompanied by an increase in the temporal variability of environmental processes, which is also driven by anthropogenic activities. This work is part of the effort to understand how variability in key environmental processes impacts ecosystem composition and ecological and evolutionary functioning at different scales. The focus is made in particular on the interplay between such variability and the process of adaptation, which is a key aspect of ecosystem dynamics. Adaptation is integral to the functioning of ecosystems, yet it is still relatively little considered. In this thesis, three biological scales are considered – the scale of the community, the scale of the species, and the scale of populations. A theoretical modeling approach is used to introduce some aspects of variability and investigate how ecological and evolutionary dynamics are impacted.At the community scale, the impact that changes in the species co-adaptation level may have on some biodiversity-ecosystem functioning (BEF) relationships (diversity-productivity, diversity-stability and diversity-response to invasion relationships) is questioned. Random and co-adapted communities are compared using adaptive dynamics methods. Results show that species co-adaptation impacts most BEF relationships, sometimes inverting the slope of the relationship. At the species scale, the evolution of stress tolerance under a tolerance-fecundity trade-off model is explored using adaptive dynamics as well. The evolutionary outcomes are determined under different trade-offs and different stress distributions. The most critical parameters in determining the evolutionary outcomes (ESS trait value, branching) are highlighted, and they evidence that stress level heterogeneity is more critical than average stress level. At the population scale, gene flow between sub-populations of the same species is an important determinant of evolutionary dynamics. The impact that temporally variable migration patterns have on gene flow and local adaptation is questioned using both mathematical analyses and stochastic simulations of a mainland-island model. In this model, migration occurs as recurrent “pulses”. This migration pulsedness is found to not only decrease, but also increase, the effective migration rate, depending on the type of selection. Overall, migration pulsedness favors the fixation of deleterious alleles and increases maladaptation. Results also suggest that pulsed migration may leave a detectable signature across genomes. To conclude, these results are put into perspective, and elements are proposed for possible tests of the predictions with observational data. Some practical consequences they may have for ecosystem management and biological conservation are also discussed