Projet ANR-13-BSV7-0005 – ECODEV : Dynamiques éco-évolutives en temps anciens
Programme : Blanc - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc SVSE 7)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Catherine GIRARD (Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier)
Partenaires : Institut des Sciences de l'Évolution de Montpellier; Biométrie et Biologie Évolutive; Laboratoire de Géologie de Lyon : Terre, Planètes et Environnement
Montant : 278012.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 42 mois
Résumé : Dynamique éco-évolutive en temps anciensDynamique de structuration d’un écosystème marin ancien (-365 Ma), ou comment une crise environnementale majeure peut-elle restructurer les écosystèmes ?
Comprendre la dynamique éco-évolutive d’un écosystème ancien suite à une crise majeureL'objectif du projet est de comprendre l’impact des changements globaux de l’environnement sur la structuration et l'évolution de la diversité marine. L’intérêt des temps anciens est de fournir une vue globale et dynamqiue des interactions entre les différents acteurs de l'écosystème et leur environnement, interactions à l'origine de la mise en place d'un écosystème en pleine diversification.
Paléontologie, Paléoécologie, Géochimie, Morphométrie, Evo-DévoLe projet repose sur une approche pluri-disciplinaire. (1) Paléontologie, avec l’échantillonnage serré de coupes originales. (2) Géochimie, pour caractériser les environnements et niveaux trophiques. (3) Morphométrie, pour quantifier l’évolution des organismes. (4) Evo-dévo sur des modèles actuels, afin de proposer des mécanismes pour la réponse éco-évolutive.
Résumé de la soumission : Le changement global actuel est sur le point de provoquer une crise de la biodiversité sans précédent. Ceci a stimulé de nombreuses études sur les interactions éco-évolutives conditionnant la réponse des faunes à des changements environnementaux. Comme le passé peut être une clé pour comprendre le présent, le présent peut être une clé pour comprendre le passé : revisiter les crises passées de la biosphère à la lumière des concepts issus de l’étude des perturbations actuelles a le potentiel de faire émerger une vision originale et dynamique des processus passés, et dans le même temps d’éclairer sur la dynamique qui a conduit à la biodiversité moderne. En mobilisant des compétences pluri-disciplinaires (paléobiologie, écologie, évolution, biologie du développement, évo-dévo, paléoenvironnements), le projet ECODEV a l’ambition de renouveler la compréhension  d’une période ancienne (le Dévonien supérieur) marquée par une des cinq extinctions majeures de l’histoire de la terre. Le projet se concentre sur quelques organismes modèles (foraminifères, conodontes, poissons cartilagineux et osseux) choisis pour leur abondance, permettant l’application de méthodes quantitatives. (1) Trois coupes documentant le Dévonien supérieur de manière exceptionnellement continue ont été identifiées en France, Allemagne et Algérie. Elles seront échantillonnées en détail; le matériel fossile sera dégagé et trié afin de délivrer le matériel nécessaire aux autres tâches. Plusieurs milliers de spécimens sont attendus pour chaque groupe. (2) Au moyen d’analyses géochimiques, les tendances environnementales seront caractérisées et la position trophique des groupes modèles sera précisée. Ces analyses se baseront pour une part sur des marqueurs connus (isotopes de l’oxygènes pour la température ; terres rares pour la de productivité) mais cette tâche s’appuiera également sur des développements méthodologiques : optimisation d’une méthode d’estimation de la position dans la chaine trophique, méthode basée sur les isotopes du calcium et qui bénéficiera pour améliorer sa calibration des expérimentations en conditions contrôlées également prévues dans le projet. (3) La signature de la dynamique éco-évolutive sera analysée en appliquant des méthodes de morphométrie géométrique à chacun des groupes modèles. Ces méthodes délivreront d’une part, une mesure de la diversité morphologique (disparité) qui pourra être interprétée en termes d’occupation de l’espace écologique et d’exploitation des ressources. D’autre part, la morphométrie permettra de documenter les patrons d’évolution, qui constituent une composante importante de l’ajustement des organismes à leur environnement. L’interprétation des variations chez ces organismes anciens sera étayée par la comparaison avec un modèle actuel et s’appuiera sur des développements méthodologiques en analyse de données multivariées. (4) Le projet sera complété d’une approche expérimentale sur la roussette (Scyliorhinus canicula). Des élevages à différentes températures de roussettes nourries avec des aliments de consistance différente (maquereau, tendre; crevette, dure) permettront de calibrer les méthodes géochimiques d’estimation de la position trophique, et d’évaluer les sources plastiques de variation morphologiques. Une étude exploratoire au sein de et entre populations naturelles permettra d’estimer l’importance relative de la variation intra-individuelle, intra- et inter-populationnelle. Ces données sur l’actuel seront cruciales pour étayer les interprétations élaborées pour le registre fossile.La combinaison originale d’analyses quantitatives sur plusieurs acteurs de l’écosystème, d’analyses paléoenvironnementales dans les mêmes échantillons, de données expérimentales sur un modèle actuel, et de développements méthodologiques, doit faire émerger une vision dynamique des interactions entre acteurs de l’écosystème et avec leur environnement, qui ont modelées la construction d’un écosystème lui-même en évolution.
Résultats : (1) Deux coupes originales sont en cours d’échantillonnage. Leur registre exceptionnellement complet va permettre de documenter avec une précision remarquable, dans les mêmes échantillons, changements environnementaux et variations des organismes.  
(2) Calibration d’une nouvelle méthode géochimique (isotopes du calcium) pour caractériser les niveaux trophiques à partir de matériel dentaire. La méthode a été validée sur des groupes de requins actuels à l’écologie connue. Ceci ouvre la voie à l’analyse des réseaux trophiques anciens. 
(3) On pensait les poissons dévoniens primitifs et peu diversifiés. Nous avons mis en évidence une diversité dentaire inattendue, suggérant une spécialisation dans l’exploitation des ressources alimentaire insoupçonnée. Un test par une approche biomécanique est en cours. Des développements similaires, basés sur des reconstructions 3D, sont en cours pour comprendre le fonctionnement de l’appareil masticateur d'organismes sans représentants actuels (les conodontes).
Perspectives : Analyses en cours :
- Affiner l’échantillonnage sur le terrain autour des périodes cruciales ; avancées de la comparaison entre deux coupes afin de tester la généralité des résultats.
- Application de la méthode géochimique nouvellement mise au point pour l’analyse des réseaux trophiques en temps anciens. 
- Analyses des variations de forme des organismes fossiles dans les deux coupes ; développement de méthodes d’analyses de données appropriées.
- Analyses biomécaniques des structures dentaires, à partir de reconstitutions 3D.
- Evaluation, sur un modèle actuel, de la réponse plastique des structures dentaires à renouvellement continu face à des nourritures de consistance différente : vers une compréhension des mécanismes de réponse morphologique.
Publications et brevets : - L’analyse morphologique des dents de poissons du Dévonien a montré une diversité insoupçonnée, ainsi que des variations d’exploitation des ressources alimentaires au cours du temps : Gauchey, Girard, Adnet, Renaud, Naturwissenschaften, 2014. 
- L’analyse de la structure des réseaux trophiques au moyen des isotopes du calcium a été validée sur des requins actuels : Martin, Tacail, Adnet, Girard, Balter, Chemical Geology (soumis)
- Une réflexion sur les analyses multivariées appliquée aux données morphométriques et leur structure de variance intragroupe a été menée : Renaud, Dufour, Hardouin, Ledevin, Auffray. accepté à PLoS ONE.