Projet thématique : Evolution des biotopes et fonctionnement des communautés (ETOC)

La diversité taxinomique et le fonctionnement des communautés sont influencés à la fois par les processus historiques de l’installation de ces dernières (i.e. essentiellement les changements hydro-climatiques du Quaternaire), mais également aujourd’hui par les conditions environnementales et les interactions biologiques entre espèces. La contribution relative de ces sources de variations dans la formation des patrons de diversité tels qu’observés aujourd’hui, reste une question majeure. C’est particulièrement vrai pour les communautés benthiques et planctoniques actuelles, soumises à la fois à des changements locaux et globaux de leur environnement physique, mais également à la disparition ou à l’introduction d’espèces.Le concept de filtre environnemental développe l’idée que les conditions abiotiques locales sélectionnent les espèces selon leur tolérance environnementale, affectant ainsi le nombre et la composition spécifique, mais contrôlent également les attributs fonctionnels des espèces entrant dans une communauté. A l’inverse, les mécanismes biologiques d’exclusion-compétition ou de relation proie-prédateur sont plutôt reconnus pour favoriser la coexistence d’espèces fonctionnellement dissimilaires, qui exploitent alors différemment les ressources (au sens général du terme). L’hypothèse de ‘niche partitioning’ - qui reprend ces mécanismes biologiques - partage également l’idée que le contexte environnemental local (e.g. fragmentation de l’espace physique, variation de la nourriture) peut également très fortement influencer la distribution de la ressource parmi les espèces.

L’environnement doit être vu comme l’ensemble des conditions abiotiques qui exercent un contrôle sur les traits biologiques d’un organisme. Il correspond à la notion de biotope. Ce biotope est lui-même variable et influencé par un ensemble de perturbations, voire même par les communautés qui sont présentes. Le projet thématique FLUX permet de développer un certain nombre d’actions de recherche sur la variabilité de plusieurs processus pertinents pour caractériser la dynamique des biotopes. Par exemple, des modèles de mouvements sédimentaires permettent de quantifier la stabilité locale des biotopes, leurs conditions de remaniement et la turbidité générée par les remises en suspension. Un défi à relever dans les prochaines années concerne la capacité à simuler les couplages physiques qui génèrent une évolution globale du cadre physique (stratification, pénétration de la lumière dans l’eau, modifications sédimentaires, connectivité et fragmentation des biotopes, gradients de salinité et de température, turbulence) et qui conditionnent la distribution des communautés. L'intégration de la contribution des compartiments biologiques est ainsi nécessaire pour caractériser l’environnement physique des communautés et prédire leur évolution.

Les communautés animales et végétales ont longtemps été regardées par le prisme de leur richesse spécifique. Il est rapidement apparu que l’estimation du nombre d’espèces n’apportait qu’une information très partielle sur la manière dont les communautés fonctionnaient, c’est à dire assuraient un certain nombre de fonctions écologiques (productions primaire ou secondaire, recyclage des éléments, protection, nourriceriesetc.). Ainsi, à la mesure de diversité taxonomique - ou diversité structurale - s’est ajoutée la mesure de la diversité fonctionnelle, définie comme la gamme des différences fonctionnelles des espèces d’une communauté. Une mesure fréquente de la diversité fonctionnelle est le nombre de groupes fonctionnels. Un groupe fonctionnel est un groupe d’espèces partageant un même ensemble de traits biologiques au sein d’une communauté et assurant une même fonction écologique ou répondant de la même façon à un changement. Ces traits peuvent être morpho-anatomiques (e.g.taille d’un organisme, nombre de dents, position d’appendices …) comme éco-physiologiques (e.g.taille des gamètes, composition relative pigmentaire, proportion d’une certaine enzyme…). Le lien entre un trait et une fonction est plus ou moins direct, et parfois difficile à réaliser. Dès lors se pose la question de la définition des groupes fonctionnels, de l’attribution des espèces à un groupe fonctionnel et des méthodes de quantification permettant de séparer deux espèces au regard d’un groupe fonctionnel. Dans ce cadre, la diversité fonctionnelle des communautés résulte de processus hiérarchiques par lesquels (i) les filtres abiotiques affectent la composition des pools régionaux d’espèces et (ii) les filtres biotiques – eux-mêmes affectés localement par les facteurs abiotiques – régulent localement la coexistence d’espèces au sein de communautés.Cette articulation entre pressions, biotope, biodiversité fonctionnelle, fonctionnement des écosystèmes constitue le cœur du projet thématique ETOC.

Les études relatives à la diversité taxinomique des communautés marines benthiques et pélagiques sont aujourd’hui une force de DYNECO, qui a jusqu’à présent développé ou mis en œuvre des outils cartographiques pour décrire les biotopes, des techniques d’identification innovantes des communautés des fonds marins et de la colonne d’eau, et des modèles statistiques ou déterministes de la distribution et de la dynamique de certaines espèces. Une contribution majeure peut encore être apportée à l’étude de la diversité fonctionnelle et aux facteurs biotiques et abiotiques qui l’affectent. Ainsi, ce projet thématique a été structuré sous forme de 3 volets majeurs portant sur (i) l’étude de la diversité fonctionnelle des communautés benthiques et pélagiqueset la formalisation des groupes fonctionnels, (ii) la quantification et la hiérarchisation des facteurs abiotiques et biotiques qui expliquent la distribution des patrons de diversité et (iii) l’évolution à long terme des biotopes et des communautés. La construction d’indicateurs d’état et de vulnérabilité des communautés, construits à partir du croisement des données sur les pressions, lorsqu’elles sont identifiées, la structure des communautés et les facteurs environnementaux, est une des valorisations possibles de la recherche conduite au sein de DYNECO sur l’évolution des communautés benthiques et pélagiques.

Les modèles biologiques considérés pour répondre aux questions qui émergent de ces trois volets sont les communautés benthiques et pélagiques, c’est à dire des groupes d’espèces vivant et interagissant ensemble directement ou indirectement. En fonction des questions soulevées, l’intégralité des espèces d’un système pourra être considérée (e.g. lors d’inventaires exhaustifs d’espèces associées à un changement sédimentaire ou l’introduction d’une espèce), ou simplement une sélection d’espèces s’il s’agit d’étudier une fonction particulière du système (e.g. le remaniement sédimentaire réalisé par les espèces bioturbatrices ou la production benthique des diatomées benthiques subtidales) ou un type d’interaction(e.g. le partage de la ressource alimentaire chez les suspensivores).

Les principales questions scientifiques abordées par ce projet sont les suivantes :

  1. Comment quantifier et formaliserla diversité fonctionnelle des communautés ?
  2. Quels facteurs biotiques et abiotiques expliquent la distribution spatiale des communautés ?
  3. Quelle évolution à long-terme des biotopes et des communautés ?