Research axis 2 : Traits fonctionnels : des communautés aux écosystèmes (en)
La diversité biologique joue un rôle tampon sur la résistance et la résilience des écosystèmes (Worm et al., 2006) : un nombre important d’espèces apporte en effet une certaine souplesse de réponse vis-à-vis de perturbations extérieures. Cependant, les espèces n’ont pas toutes le même rôle dans l’écosystème (Downing et Leibold, 2002). De récents travaux ont montré que la diversité fonctionnelle (c’est-à-dire la composition en espèces selon leur rôle fonctionnel) avait un impact aussi, voire plus important, sur le fonctionnement des écosystèmes que la diversité des espèces elle-même. Il apparait plus important qu’un maximum de rôle fonctionnel soit représenté, une diversité spécifique élevée pouvant représenter un petit nombre de rôle fonctionnel (Tilman et al., 1997 ; Downing et Leibold, 2002). Un trait fonctionnel peut être défini comme étant un trait morphologique, métabolique et phénologique ou ayant un impact indirect sur la fitness d’un individu via ses effets sur la croissance, la reproduction et la survie. L’approche par trait fonctionnel permet une représentation simplifiée par rôle et non pas par espèce et ainsi aboutit à une approche généralisable entre écosystème de diversité spécifique différente.
Les objectifs principaux de cet axe sont de (1) caractériser la diversité fonctionnelle et (2) en définir son rôle dans les écosystèmes côtiers, en allant de l’échelle de la communauté (action 1) à celle des écosystèmes (action 2). Ainsi, la variabilité de cette diversité pourra être reliée aux facteurs environnementaux du milieu (abiotiques et biotiques).
Action 1 : Caractérisation des fonctions à l’échelle des communautés de microorganismes
Par leur abondance et leurs diversités taxonomique et fonctionnelle, les microorganismes jouent un rôle prépondérant dans les flux de matière et d’énergie au sein des écosystèmes aquatiques (Arrigo, 2005) par leurs activités de minéralisation et de production de biomasse. Malgré de nombreux progrès dans le domaine de l’écologie microbienne, la majorité des microorganismes présents dans l’environnement, n’ont pas encore été décrits. Les communautés bactériennes et archéennes dans les milieux aquatiques naturels sont de moins en moins considérées comme une entité homogène composée de différentes espèces mais plutôt comme un ensemble de groupes fonctionnels (espèces nitrifiantes, méthanogènes, autotrophes, sulfato-réductrices …). Chez les procaryotes, un groupe fonctionnel est un ensemble d’espèces différentes utilisant les mêmes sources d’énergie, d’électrons et de carbone, ainsi que les mêmes accepteurs d’électrons. Il peut même être défini en fonction de la nature de la matière organique métabolisée, indépendamment de leur taxonomie (Pedros-Alio, 1989). Cette approche fonctionnelle permet de reconsidérer le rôle majeur des procaryotes dans les principaux cycles biogéochimiques.
Sur un plan fonctionnel, les virus présent dans la colonne d’eau sont la cause de plus de 30% de la mortalité des procaryotes et près de 10% de la mortalité du phytoplancton (Suttle, 1994). En plus de leurs effets sur les dynamiques des communautés procaryotes, les phages sont également d’importants médiateurs/promoteurs d’échanges génétiques, principal facteur du maintien de la biodiversité au sein des communautés des microorganismes (Breibart et al, 2008). Enfin, ils sont impliqués dans les processus biogéochimiques (cycle du C, N, Fe …) et peuvent être considérés comme des catalyseurs de transferts de matières via le shunt viral.
La compréhension du rôle des microorganismes et des virus et de leur relation entre eux reste un enjeu majeur.
Volet 1 : Régulation des communautés procaryotes par la diversité des virus
Ce volet consiste à étudier principalement au niveau pélagique mais aussi benthique : (1) l’origine de la diversité des bactériophages (virus lytiques vs virus tempérés) (2) la co-variation des virus et de la diversité de leurs hôtes procaryotes. In fine, la théorie du « phage tuant le vainqueur de la compétition» (théorie « kill the winner ») sera testée en terme de capacité de compétition nutritive et de défense antivirale, notamment en comparant les données acquises dans divers écosystèmes (ANR Aquaphage).
Volet 2 : Identification et quantification des fonctions occupant les procaryotes dans les cycles biogéochimiques des écosystèmes côtiers
Ce volet consiste à étudier : (1) Le cycle de l’azote : 3 aspects seront étudiés ; a) La succession des rôles fonctionnels des procaryotes en fonction d’un paramètre abiotique : la concentration en oxygène dans les sédiments. Une comparaison à l’échelle internationale sera mise en place, avec un site fortement impacté par la pollution en Chine (Baie de Laizhou, Mer Jaune) et notre site d’étude dans les Pertuis Charentais ; b) La succession des rôles fonctionnels des procaryotes en fonction d’un paramètre biotique : la diversité/distribution du microphytobenthos. Le rôle des procaryotes sera comparé au niveau de deux écosystèmes présentant une diversité et une production microphytobenthique différentes ; c) La fonction spécifique d’oxydation de l’ammonium en fonction de paramètres abiotiques (salinité, oxygène, nutriments) et d’un paramètre biotique (le phytoplancton) dans l’estuaire de la Charente ; (2) La fonction de reminéralisation de la matière organique : le rôle des bactéries et des archées dans le caractère « épurateur » des marais et l’importance relative des bactéries témoins de l’activité anthropique (cyanobactéries, bactéries fécales) sera étudié en termes de biomasse et d’activité dans les marais de Charente Maritime.
Volet 3 : Dynamique saisonnière de la productivité du microphytobenthos en fonction de sa distribution/composition
Ce volet consiste à étudier l’influence de la diversité du microphytobenthos sur sa productivité annuelle. Cette dynamique sera comparée sur :
o Un écosystème vasière présentant une dominance d’espèces microphytobenthiques mobiles (épipéliques) dans les sédiments de la baie de Marennes-Oléron
o Un écosystème vasière présentant un mélange d’espèces mobiles et non-mobiles (épipsamiques) dans les sédiments sablo-vaseux de la baie de Bourgneuf
Action 2 : Caractérisation des fonctions à l’échelle des écosystèmes
L’utilisation d’une approche via la diversité fonctionnelle est indiquée pour comparer le fonctionnement des réseaux trophiques ainsi que les propriétés émergentes associées entre écosystèmes (exportation, recyclage, efficacité ecotrophique, résistance, résilience…). Cette approche est d’autant plus intéressante sur le plancton, considéré comme un bon indicateur des changements climatiques de par son cycle de vie court (du jour au mois ; Beaugrand et al., 2003). Il présente également une position clef entre les paramètres environnementaux qui régissent les sources de production primaire disponibles et les maillons trophiques supérieurs exploités. L’objectif principal de cette action sera de caractériser la relation entre diversité (spécifique et fonctionnelle) et le fonctionnement du réseau trophique, afin notamment de tester les théories développées en écologie théorique sur la relation diversité – stabilité.
Ce travail sera réalisé à partir des différents jeux de données répartis sur le gradient continent-plateau continental et pour lesquels le type de réseaux trophiques planctoniques aura été établi saisonnièrement comme défini dans l’axe 1 (action 2, volet 1). Il consistera à rechercher les relations existantes entre type de fonctionnement de réseaux trophiques planctoniques et les diversités spécifiques ou fonctionnelles pour les communautés présentes : phytoplancton, ciliés ou zooplancton métazoaires. La diversité fonctionnelle sera étudiée en considérant les espèces selon différents types de traits fonctionnels (demande en sels nutritifs, statut trophique, stratégies reproductives, taille, formes….). Les différents traits fonctionnels mis en évidence seront testés pour permettre une meilleure discrimination de ces réseaux. L’idéal serait de trouver un compartiment biologique pour lequel la diversité de son trait permettrait de définir le type de réseau trophique existant.
La relation existante entre les diversités spécifique ou fonctionnelle et les indices de réseaux calculés par analyse inverse pour différents écosystèmes étudiés dans l’axe 1 (action 2) permettra d’établir les hypothèses les plus probables reliant la diversité à la stabilité des écosystèmes en terme de réseaux trophiques littoraux (théories établies en écologie terrestre ; Mitchell et al., 2000).