Station d’Écologie Théorique et Expérimentale

Centre de Théorie et Modélisation de la Biodiversité (CTMB)

Axes de recherche

Phylogénie et la génération de la biodiversité

Connaître l'histoire phylogénétique des êtres vivants est nécessaire à la compréhension pleine de la biodiversité. La reconstruction et la datation phylogénétiques se révèlent être très difficiles. Bien que la disponibilité de données génomiques facilite ces tâches, une amélioration des modèles demeure nécessaire. Nous cherchons à comprendre l'évolution moléculaire pour développer des modèles plus précis, appliquant ces méthodes nouvelles à la résolution de l'Arbre de la Vie, et étudiant les relations entre phylogénie et niches écologiques. Nous nous concentrons sur l'origine et l'évolution des eucaryotes (en particulier les animaux et les organismes photosynthétiques) et analysons des données génomiques et paléontologiques à la lumière des phylogénies inférées et de leurs motifs de diversification.

Personnes impliquées dans ce thème de recherche : Arnaud di Franco, Hervé Philippe.

Dynamiques éco-évolutionnaires, des gènes aux écosystèmes

L'écologie n'a de sens qu'à la lumière de l'évolution ; réciproquement, l'évolution n'a de sens qu'à la lumière de l'écologie. Les couplages profonds qui connectent dynamiques écologies et évolutionnaires prennent place non seulement à des échelles de temps longues pour déterminer les motifs de biodiversité et de fonctionnement des écosystèmes, mais aussi à des échelles de temps plus courtes pour déterminer les réponses des espèces et des écosystèmes aux actuels changements environnementaux globaux. Nous intégrons écologie et évolution pour comprendre le rôle des dynamiques éco-évolutionnaires dans l'émergence de la structure et de l'organisation des écosystèmes et réseaux écologiques complexes, et son rôle dans les réponses des populations et communautés aux changements environnementaux. Pour cela, nous développons de nouvelles théories ,des méthodes phylogénétiques et des manipulations expérimentales en mésocosmes, et les appliquons sur différentes échelles d'organisation biologiques, depuis les génomes jusqu'aux microbiomes à haute richesse.

Personnes impliquées dans ce thème de recherche : Soraya Alvarez-Codesal, Cara Faillace, Elvire Bestion, Alexandre Garreau, Claire de Mazancourt, Michel Loreau, Jose Montoya, Bart Haegeman, Hervé Philippe.

Structure, dynamique et biogéographie des réseaux écologiques

Les écosystèmes ne sont pas des combinaisons aléatoires d'espèces. Depuis que Darwin a proposé la métaphore du "entangled bank", les écologues ont cherché à déchiffrer comment et pourquoi les espèces coexistent dans des réseaux complexes d'interactions biotiques. Les réseaux écologiques représentent l'agencement spécifique des interactions biotiques entre espèces au sein des écosystèmes. Ils permettent de comprendre comment la biodiversité est organisée, générée et maintenue. De plus, la structure des réseaux écologiques détermine la dynamique des populations et des écosystèmes, et joue dans de nombreux processus et services écosystémiques. Nous étudions la relation entre structure, dynamique et fonctionnement des réseaux d'espèces appartement à différents types d'habitats. Nous nous concentrons principalement sur les réseaux trophiques, mais étudions également les interactions symbiotiques et mixtes. Récemment, nous nous sommes intéressés aux changements dans la structure et la dynamique des réseaux à des échelles biogéographiques et dans les déterminants de la variabilité géographique de la structure des réseaux. Pour ce faire, nous combinons modèles théoriques et analyse de grands jeux de données.

Personnes impliquées dans ce thème de recherche : Soonmi Lee, Nuria Galiana, Daniel Montoya, Jose Montoya.

Effets des changements globaux sur la biodiversité

Les impacts anthropogènes sur la biodiversité sont nombreux; Le changement climatique et la perte et fragmentation des habitats font partie des principales menaces pesant sur la biodiversité et les écosystèmes à l'échelle globale. Par exemple, suivant les politiques actuelles, le réchauffement climatique pourra causer l'extinction d'une espèce sur six au cours de ce siècle. Nous étudions les effets individuels et combinés de ces menaces majeures à la biodiversité à différents niveaux d'organisation biologiques. Nous nous intéressons aux impacts du changement global sur la dynamique et la stabilité des populations et des communautés, et sur la structure et le fonctionnement des écosystèmes. Pour ce faire, nous combinons modèles, analyses de données et manipulations expérimentales d'écosystèmes entiers.

Personnes impliquées dans ce thème de recherche : Soraya Alvarez, Cara Faillace, Elvire Bestion, Alexandre Garreau, Vinicius Bastazini, Michel Loreau, Jose Montoya.

Biodiversité, fonctionnement et services écosystémiques

Les écosystèmes produisent des services dont les humains dépendent directement ou indirectement, tels que la production de biomasse, la purification de l'eau, le contrôle de l'érosion, la pollinisation, et le contrôle des ravageurs et des maladies. L'un des principaux défis de la science de la biodiversité est de prédire et comprendre de quelle façon les changements de biodiversité affecteront ces services écosystémiques. Nous utilisons des expérimentations et manipulations, ainsi que des modèles dynamiques de communautés et d'écosystèmes pour comprendre les mécanismes par lesquels la biodiversité module le fonctionnement écosystémique et prédit ses effets sur les services écosystémiques. Nous étudions également les synergies et compromis entre plusieurs services écosystémiques, en particulier la fertilité des sols, le rendement des cultures, leur pollinisation et le contrôle biologique dans les paysages agricoles.

Personnes impliquées dans ce thème de recherche : Soraya Alvarez-Codesal, Elvire Bestion, Grégoire Freschet, Daniel Montoya, Claire de Mazancourt, Michel Loreau.

Biodiversité et stabilité des systèmes écologiques

Un aspect critique du fonctionnement des écosystèmes est leur stabilité. La stabilité écologique est clé dans le maintien de la biodiversité et la durabilité des sociétés humaines, sur lesquelles des fluctuations dans les services écosystémiques ont souvent des effets négatifs. Nous nous concentrons actuellement sur le développement d'approches nouvelles pour quantifier et comprendre la stabilité des écosystèmes dans le temps et l'espace. Nous testons également de manière expérimentale les effets de diverses communautés de plantes et de symbiotes sur la stabilité des fonctions des écosystèmes.La stabilité a été définie de nombreuses façons qui ont été étudiées en isolation jusqu'à présent. Nous établissons des connexions entre différentes métriques de stabilité, en particulier des métriques empiriques et théoriques, et construisons un nouveau corpus théorique pertinent pour les études empiriques. En particulier, nous explorons de nouvelles mesures d'invariabilité, et relations entre stabilité et aire ou échelle dans les métacommunautés.

Personnes impliquées dans ce thème de recherche : Jean-François Arnoldi, Matthieu Barbier, Robin Delsol, Grégoire Freschet, Claire de Mazancourt, Grégoire Freschet, Bart Haegeman, Michel Loreau, Jose Montoya, Daniel Montoya, David Shanafelt, Yuval Zelnik.

Fragmentation des habitats et dynamiques spatiales de la biodiversité

Pratiquement tous les systèmes écologiques sont enchâssés dans des réseaux écologiques connectés par une myriade de flux biotiques et abiotiques. En conséquence, les processus qui opèrent à une échelle spatiale peuvent fortement influer sur les motifs à d'autres échelles, engendrant des méta-systèmes (métacommunautés, métaécosystèmes) hautement complexes. La destruction et la fragmentation des habitats sont une cause majeure de perte de la biodiversité, en particulier dans les écosystèmes terrestres, et ont des conséquences indirectes importantes sur les fragments d'habitat intacts, en changeant les dynamiques spatiales. Nous construisons des modèles mécanistes pour clarifier les mécanismes fondamentaux qui gouvernent la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes à travers différentes échelles dans les métacommunautés (en relation avec le thème précédent) et intégrons la complexité trophique dans les métaécosystèmes.

Personnes impliquées dans ce thème de recherche :  Pierre Quevreux, Matthieu Barbier, Yuval Zelnik, Daniel Montoya, Bart Haegeman, Michel Loreau, Jose Montoya.

Interactions Homme-Nature

Les sociétés humaines ont des impacts majeurs sur la biodiversité et les écosystèmes, de l'échelles locale à l'échelle globale. En retour, elles dépendent de la biodiversité et des écosystèmes à travers un large spectre de services écosystémiques à différentes échelles. Ceci crée un couplage important mais mal compris entre humains et nature. Nous construisons des modèles innovants qui incluent en couplage ainsi que des changements dans le comportement humain et les dynamiques écologiques pour explorer la stabilité des dynamiques couplées socio-écologiques et leur aptitude à maintenir des services écosystémiques pour une population humaine croissante. Notre approche dynamique intégrative vise à proposer de nouvelles connaissances sur la durabilité à long terme des sociétés humaines et leurs interactions avec le reste de la nature.

Le CTMB est également en charge des activités liées à la biodiversité dans le projet AnaEE France Infrastructure

Personnes impliquées dans ce thème de recherche : Kirsten Henderson, Diego Bengochea, Claire de Mazancourt, Michel Loreau.

CNRS

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