Projet ANR-12-ADAP-0005 – AFFAIRS : Adaptation aux changements environnementaux rapides dans des communautés fragmentées d'eau douce
Programme : Adaptation - des gènes aux populations.Génétique et biologie de l'adaptation aux stress et aux perturbations (BIOADAPT)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Patrice DAVID (Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive)
Partenaires : ASCONIT CONSULTANTS; Laboratoire public; Centre de Biologie pour la Gestion des Populations; Centre de Recherche Insulaire et Observatoire de l'Environnement; Centre national de la recherche scientifique; Institut Sophia Agrobiotech
Montant : 339174.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 42 mois
Résumé : Réponse des communautés d'eau douce aux changements écologiquesLes communautés animales répondent au changement par la perte/le gain d'espèces et par l'évolution de ces espèces. Comprendre ce phénomène est crucial à une époque où l'homme modifie rapidement le climat et l'usage des terres. Nous étudions ces processus dans les eaux douces des Antilles.
Comprendre la réponse des communautés au changement écologiqueL'homme modifie les conditions d'existence des organismes par son action sur le climat et la qualité des milieux, ou en introduisant de nouvelles espèces. Face à cette contrainte, les communautés mettent en place des réponses écologiques (changement de distribution des espèces) ou évolutives (changement des caractères des espèces). Ces réponses interagissent car les caractères des espèces déterminent leurs possibilités de coexister dans les milieux. Pour comprendre et prédire cette interaction, nous étudierons le cas des eaux douces des Antilles, où des communautés d'escargots aquatiques sont confrontées à l'instabilité croissante des habitats (assèchements) et à l'arrivée de multiples espèces introduites, en combinant modélisation, travail de terrain et expérimentation. Ces résultats auront valeur d'exemple pour d'autres écosystèmes, mais permettront aussi de connaître l'état des populations d'espèces patrimoniales (rares) ou nuisibles (vecteurs de maladies humaines ou animales).
Une approche multidisciplinaire de la biologie des communautésLe fondement de notre approche est un travail de terrain, où nous recenserons les espèces dans plus de 200 sites chaque année en Martinique et Guadeloupe, et les caractéristiques des habitats. S'ajoutant à un historique déjà disponible, ce travail constituera un très gros jeu de données. Nous développerons des méthodes statistiques de pointe pour traiter c es données et quantifier les dynamiques des espèces dans des milieux d'eau douce naturellemnet fragmentés (extinction des populations, colonisation de nouveaux milieux, interactions compétitives entre espèces, dynamiques d'invasion). Nous suivrons également les changements génétiques des populations de certaines espèces-cibles par des approches moléculaires (génome) et en mesurant leurs performances au laboratoire, en environnement contrôlé (traits biologiques). L'ensemble de ces résultats sera utilisé pour produire un modèle prédictif de réponse des communautés aux modifications duclimat et à l'invasion de nouvelles espèces.
Résumé de la soumission : Nous étudierons l'adaptation de systèmes fragmentés (métapopulations et métacommunautés) au changement climatique et aux bioinvasions. Dans ces systèmes la diversité biologique est régulée à l'échelle du paysage par des perturbations qui renouvellent les génotypes et les espèces au sein des sites. La fitness d'un génotype provient de sa capacité à coloniser de nouveaux sites, à supporter la compétition localement, ou à tolérer les perturbations. Les équilibres liés aux trade-offs subtils entre ces traits sont menacés par le changement global, qui se traduit par l'augmentation du taux de perturbation et l'arrivée d'espèces invasives.  La fragmentation croissante des habitats justifie l'intérêt d'étudier les capacités d'adaptation de ces systèmes. 	Nous étudierons des petits habitats d'eau douce (mares et rivières) des Antilles, naturellement fragmentés, exposés à des à-secs de plus en plus fréquents (réchauffement climatique) et à de nombreuses invasions. Nous chercherons à décomposer le processus d'adaptation à travers ses composantes de colonisation, compétition et tolérance, au niveau des diverses espèces d'une métacommunauté et des divers génotypes d'une métapopulation. Ainsi, à travers les changements de fréquence de ces espèces et génotypes,  nous  expliquerons la trajectoire adaptative passée, et prédirons la trajectoire future, des communautés / populations étudiées, en réponse à l'augmentation des perturbations et des invasions. Nous exploiterons deux jeux de données exceptionnels (>14 ans de données), l'un sur les mares de Guadeloupe er l'autre sur les rivières de Martinique. Les mares abritent une communauté de mollusques de diverses espèces (proches) ; les rivières contiennent surtout une espèce : Melanoides tuberculata, qui est parthégonétique et se présente comme un ensemble de souches bien différentes, chacune étant un clone reconnaissable morphologiquement. Le jeu de la compétition entre clones produit sur l'île une expérience d'évolution grandeur nature. Nous modéliserons la dynamique de ces systèmes avec des méthodes bayésiennes récentes ainsi qu'une approche plus originale, fondée sur la théorie des graphes. Ces résultats auront un fort impact car aucun système à n espèces ou n génotypes n'a ainsi été analysé, ce qui révèle un gros trou entre écologie théorique et écologie de terrain. En parallèle, nous mettons en place un gros programme de mesures des traits d'histoire de vie et de résistance à l'assèchement au laboratoire pour comprendre l'architecture phénotypique et génétique de l'aptitude à la colonisation, de la tolérance et de la compétitivité. 	Nous étudierons aussi l'impact de l'évolution sur la coexistence à travers l'étude de l'évolution rapide des traits dans une paire d'espèces apparentées , l'une invasive, l'autre indigène. Nous ferons des modèles théoriques pour comprendre quels assemblages ou paires d'espèces sont évolutivement stables en plus d'être écologiquement stables; et comment le déplacement de caractère peut avoir lieu dans le triangle compétition-colonisation-tolérance. L'application de ces modèles se fera sur un sous jeu de données à 2 espèces (Physa acuta et marmorata)  ; on y recherchera des adaptations aux habitats perturbés nouvellement rencontrés par l'espèce invasive (acuta) et un déplacement de caractère chez les marmorata lors de l'arrivée de leur compétiteur acuta.Ce projet réunit un consortium pluridisciplinaire (écologie, génétique moléculaire et quantitative, expérimentations en élevage et modèles mathématiques) , avec un bon équilibre entre empiristes et théoriciens, entre travaux de terrain et de laboratoire, entre génétique évolutive et écologie des communautés. Les compétences des différents partenaires sont très complémentaires, comme le prouvent les nombreux papiers en communs qu'ils ont produit dans le passé.
Résultats : Le projet débute à peine; il apparaît cependant déjà un résultat marquant : la diversité génétique d'une espèce (mesurée en analysant ses molécules d'ADN) est positivement corrélée au nombre d'espèces : les  sites abritant  beaucoup d'espèces  contiennent aussi une forte diversité génétique, montrant que les deux diversités répondent aux mêmes facteurs. Dans notre cas c'est la connectivité des milieux (due à des contacts entre mares lorsqu'elles débordent à la saison de spluies)  qui favorise la diversité.
Perspectives : Nous avons mis au point une méthode pour estimer avec précision les taux d'extinction et de colonisation d'une espèce dans un ensemble de sites en réseau (métapopulation). L'originalité de notre apporcheest de prendre en compte les états non détectables des organismes (phases de vie où l'organisme ne peut pas être détecté sur le terrain : par exemple sous forme de graines ou de formes inactives). Cette méthodologie sera utile aux écologistes de terrain fréquemment confrontés à ce problème.
Publications et brevets : aucune pour l'instant