Axe 1 : Relations Biodiversité-Fonctionnement

 

Suscités par la préoccupation croissante des conséquences écologiques de son déclin, un nombre important de travaux concernant la biodiversité ont été entrepris en vue de mieux comprendre son rôle sur le fonctionnement des écosystèmes (Hooper et al., 2005). Le rôle de la diversité des organismes dans les processus écologiques est cependant encore mal connu comme en témoigne la vive controverse autour des nombreux concepts qui ont vu le jour au cours de la dernière décennie (Grime, 1997; McCann, 2000; Loreau, 2004). Basées sur des expérimentations en conditions contrôlées, avec une faible complexité structurale et spécifique des systèmes étudiés, ces recherches n’ont jusqu’à présent que peu concerné les systèmes naturels plus complexes. Au niveau du fonctionnement de ces derniers, de nombreuses questions demeurent sur l’importance relative des substitutions fonctionnelles et du déclin ou de l’augmentation de la richesse spécifique. Ainsi, les théories de « conducteurs-passagers » (Wellnitz et Poff, 2001), « espèces clé de voûte » (Paine, 1995;), « diversité-stabilité » (McCann, 2000; Clark et McLachlan, 2003), « redondance fonctionnelle » (Wohl et al., 2004), « complémentarité » ou « facilitation » (Maestre et al., 2006), doivent-elles être réexaminées à l’aune de la richesse fonctionnelle et spécifique des milieux naturels. Les compétences réunies au sein du futur département  nous permettent de replacer et de tester ces développements conceptuels dans le contexte méditerranéen en abordant de manière intégrative les relations biodiversité-fonctionnement dans et entre les différents compartiments de l’écosystème.

Ces hypothèses sont et seront ainsi testées sur deux modèles : les communautés microbiennes du sol et les communautés végétales méditerranéennes.

 

Relations diversité/fonctionnement au niveau des communautés microbiennes telluriques

Un article récemment publié dans la revue Nature (Copley, 2000) rapporte que le sol est l’un des habitats terrestres le moins documenté scientifiquement. Pourtant, la flore microbienne tellurique qu’il abrite régule la dynamique des cycles biogéochimiques (Wardle et Giller, 1997), intervient dans la séquestration du carbone (Bailey et al., 2002), dans l’émission de gaz à effet de serre et augmente la quantité et l’efficacité de l’acquisition des nutriments par les plantes (van der Heijden et al., 1998 ). De nombreux écologistes microbiens des sols concèdent un rôle majeur de la diversité microbienne dans le fonctionnement des écosystèmes (Fitter et al., 2005 ; Bell et al., 2005 ), mais peu d’études ont essayé de quantifier les relations entre la diversité des communautés et leurs fonctions (Patra et al., 2005). L’utilisation de la richesse d’espèces comme indicateur de la diversité suggère que toutes les espèces sont égales en ce qui concerne la fonction. Pourtant le grand nombre d’espèces implique qu’elles sont fonctionnellement redondantes et questionne sur la nécessité d’une diversité maximale pour un fonctionnement optimal de l’écosystème.

L’équipe d’Ecologie Microbienne et Biotechnologie déclinera cette thématique selon 3 axes :

• Etude du lien fonctionnel qui s’établit entre la formation de communautés microbiennes diversifiées et la structuration chimique (qualité de la matière organique, disponibilité de la ressource) et physique du milieu (formation des habitats microbiens). Cet axe abordera les mécanismes de régulation environnementaux de la distribution spatiale de la diversité et des fonctions microbiennes.
• Evaluation du rôle de la diversité taxinomique et fonctionnelle microbienne dans le potentiel de stabilité des écosystèmes terrestres. Une autre question cruciale est de déterminer si une communauté microbienne diversifiée confère plus de résistance ou une capacité de résilience plus importante à l’écosystème lorsque les conditions environnementales sont modifiées. Nous étudierons dans cet axe le rôle de la diversité microbienne dans le potentiel de récupération fonctionnelle des écosystèmes.
• Etude des cibles microbiologiques et des niveaux d’action (cellules-populations-communautés, diversités-fonctions) des composés métaboliques secondaires végétaux dans le contrôle de la dynamique des cycles du carbone et de l’azote. Cet axe transversal entre deux équipes du département 3 permettra d’aborder les relations entre la diversité des microorganismes telluriques et la diversité végétale qui sont nécessaires à la compréhension du fonctionnement des écosystèmes.

 

Relations Diversité/fonctionnement au niveau des communautés végétales méditerranéennes

 

Deux aspects de ces relations sont abordés, l’un concerne le rôle fonctionnel de la diversité de communautés végétales méditerranéennes et l’autre le rôle fonctionnel de la diversité chimique d’une espèce particulière, en l’occurrence le Pin d’Alep.

 

Diversité spécifique et fonctionnelle

Au niveau de différents écosystèmes situés au Sud et au Nord de la Méditerranée et présentant des trajectoires dynamiques différentes, voire opposées (milieux en déprise en voie de colonisation vs milieux très dégradés en voie de steppisation), seront testés un certain nombre des hypothèses évoquées plus haut, les objectifs étant :

(i)                   d’évaluer le niveau de redondance fonctionnelle prévalant dans différents écosystèmes méditerranéens dont on sait que les espèces constitutives partagent des traits de vie liés aux stratégies d’économie en eau par exemple. La gamme d’écosystèmes choisis (du domaine aride au domaine humide) nous permettra aussi de tester l’hypothèse d’une augmentation possible de cette redondance avec l’augmentation des stress environnementaux

(ii)                 d’identifier les espèces clés de voûte des systèmes envisagés et de préciser leur rôle fonctionnel notamment en terme de préservation de l’intégrité de l’écosystème

(iii)                de tester l’hypothèse d’une relation étroite entre diversité et stabilité des systèmes, en s’intéressant notamment à la manière dont les changements dans l’abondance d’un groupe fonctionnel donné peuvent effectivement affecter le fonctionnement de l’ensemble des processus

 

Diversité chimique

Les facteurs biotiques et abiotiques peuvent affecter la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. Bien qu’il soit reconnu que les métabolites secondaires jouent un rôle déterminant dans les relations entre espèces et dans le fonctionnement des écosystèmes, leur rôle sur la biodiversité a été peu étudié (Lason et al., 2005). La diversité chimique des espèces dominantes peut avoir un effet sur les communautés végétales et leur fonctionnement via les phénomènes d’allélopathie (Renne et al., 2004). Nous proposons d’étudier ces phénomènes en prenant pour modèle une espèce forestière structurante des écosystèmes méditerranéens, le pin d’Alep. Cette espèce pionnière présente une forte extension liée au changement d’utilisation des terres. Pour cela nous aborderons les variations de la diversité chimique de cette espèce en fonction des stades successionnels post déprise agricole dans différents compartiments (e.g. litière, sol, aiguilles) et son rôle sur l’évolution de cette biodiversité. Le rôle de cette espèce sera également envisagé au niveau de l’individu en étudiant les activités enzymatiques dans le cadre des interactions chimiques plante-plante.