Projet ANR-11-CHEX-0003 – ECOEVOBIO : Déterminants écologiques et évolutifs de la biodiversité: associer biogéographie, écologie fonctionnelle, et macroévolution
Programme : Chaires d’excellence (CHEX)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : MORLON Hélène  (ECOLE POLYTECHNIQUE)
Partenaires : Centre de Mathématiques Appliquées; Laboratoire public
Montant : 275080.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : La biodiversité : Comment est-elle générée ? Comment est-elle maintenue ?Alors que la biodiversité est menacée par les activités humaines, on comprend toujours assez peu les processus qui influencent les taux de spéciation et extinction des espèces. Ce projet vise à mieux comprendre ces processus.
Comprendre les facteurs écologiques et évolutifs qui influencent la diversificationLe projet ECOEVOBIO vise à identifier des traits écologiques et variables environnementales qui affectent les taux d’évolution moléculaire, de spéciation et/ou d’extinction des espèces. Ceci permettra de répondre à des questions fondamentales en écologie/évolution : comment la latitude, les variables corrélées avec la latitude (ex la température et les précipitations), et les traits écologiques des espèces influencent-ils les taux d’évolution moléculaire et/ou la diversification (spéciation et extinction) pour expliquer l’hétérogénéité en termes de nombre d’espèces à travers l’espace géographique et les groupes taxonomiques ? Le projet vise également à fournir les outils analytiques (implémentés sous R pour les rendre facilement disponibles) qui aideront les chercheurs à faire des inférences sur les dynamiques de la diversité avec leurs propres données.
Approches phylogénétiques de la diversificationLe projet comporte 1) une composante théorique qui vise à améliorer les méthodes d’inférence phylogénétiques, cette composante s’appuie sur des modèles de naissance-mort et des processus de branchement 2) une compilation de données, et 3) une application des méthodes d’inférence phylogénétique aux données visant à améliorer notre compréhension des processus conduisant à l’hétérogénéité de la richesse spécifique à travers l’espace géographique et l’arbre de la vie.
Résumé de la soumission : La variabilité systématique du nombre d’espèces présentes dans des groupes taxinomiques ou des régions géographiques donnés est l’un des patrons de la biodiversité les plus remarquables. Cependant, les processus à l’origine de cette variabilité sont peu compris. Notre projet vise à identifier des variables écologiques spécifiques, y compris l’association des espèces aux zones tropicales ou tempérées, qui influencent les taux d’évolution moléculaire et/ou de diversification, et de façon ultime la richesse spécifique. Nous proposons de développer les outils théoriques, et d’assembler les données empiriques, nécessaires à l’analyse des patrons et processus de la dynamique de la diversification, à partir de phylogénies d’espèces actuelles. Nous modéliserons la dynamique de la diversification dans un contexte non spatial et un contexte spatial, avec une modélisation au niveau des individus et au niveau des lignées. Nous assemblerons une vaste base de données pour plantes à fleurs, mammifères et oiseaux à des échelles continentales/globales. Ces données comprendront la phylogénie des espèces, leur localisation géographique, une suite de traits écologiques les caractérisant, et des données fossiles lorsqu’elles seront disponibles. Appliquant la théorie à cette ambitieuse base de données, nous identifierons des facteurs écologiques clefs influençant le tempo et les modes de la diversification à travers l’arbre de la vie et l’espace géographique.
Résultats : Les modèles mathématiques permettant de reconstruire la biodiversité passée sont souvent en contradiction avec les données fossiles récoltées par les paléontologues sur le terrain. Ces modèles ont notamment du mal à restituer les périodes d'extinctions et de perte de biodiversité. Nos résultats expliquent et corrigent ces incohérences. Nous montrons que ces incohérences apparaissent si le modèle considère un groupe d'espèces en bloc, sans tenir compte de l'hétérogénéité des taux de diversification entre les différentes branches. Dans ce cas, les branches s'étant récemment et rapidement diversifiées masquent le signal des extinctions dans l'arbre généalogique global. Nous corrigeons ce défaut avec un modèle mathématique qui permet de prendre en compte les périodes de diminution de la diversité ainsi que l’hétérogénéité des taux de diversification entre groupes d'espèces. Sur les cétacés, nous obtenons des courbes de diversité qui sont en parfait accord avec les données fossiles. En particulier, nos résultats suggèrent que la plupart des cétacés actuels résultent de quatre radiations récentes, les quelques espèces restantes étant les rares survivantes des branches en déclin depuis environ 10 millions d’années. Notre modèle a été rendu public, et est utilisé par la communauté scientifique internationale. 
Le projet a également permis d’obtenir des résultats sur la modélisation de la spéciation protractée, sur des modèles de diversification individu-centrés, d’effectuer un travail de review (sollicité) sur les approches phylogénétiques de la diversification et un travail de perspective (sollicité) sur les applications de ces approches dans un contexte de changements globaux. Au niveau empirique, outre les cétacés, nous avons travaillé sur la diversification des microorganismes, des mammifères et des plantes à fleur.
Perspectives : Les modèles développés vont être appliqués sur un ensemble de données empiriques pour identifier des tendances générales.
Publications et brevets : Travail de coopération internationale
Dornelas, M., Buckland, S., Chazdon, R., Chao, A., Colwell, R., Curtis, T., Gotelli, N., Kosnik, M., McGill, B., Magurran, A., Morlon, H., Mumby, P., Øvreås, L., Studeny, A. and Vellend, M. (in press) Quantifying temporal change in biodiversity: challenges and opportunities Proceedings of the Royal Society B
Application des approches développées à la diversification des microorganismes
Morlon, H. (2012) Microbial cooperative warfare Science 334: 1184-1185
Morlon, H., Kemps, B., Plotkin, J.B. and Brisson, D. (2012) Explosive radiation of a bacterial species group Evolution 66: 2577–2586
Application des approches développées en conservation
Rolland, J., Cadotte, M., Davies, J., Devictor, V., Lavergne, S., Mouquet, N., Pavoine, S., Rodrigues, A., Thuiller, W., Turcati, L., Winter, M., Zupan, L., Jabot F., and Morlon, H. (2011) Using phylogenies in conservation: new perspectives Biology Letters
Développement méthodologique (expliqué dans les Résultats) 
Morlon, H., Parsons, T.L. and Plotkin, J.B. (2011) Reconciling molecular phylogenies with the fossil record  Proceedings of the National Academy of Sciences 108: 16327-16332
Travail de coopération internationale
McInnes, L., Baker, W.J., Barraclough, T.G., Dasmahapata, K.K., Goswami, A., Harmon, L.J., Morlon, H., Purvis, A., Rosindell, J., Thomas, G.H., Turvey, S.T., Phillimore, A.B. (2011) Integrating ecology into macroevolutionary research Biology Letters