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Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SVSE 7)
Edition 2013


ODYSSEE


De nouvelles voies pour la modélisation des dynamiques d’assemblages d’espèces intégrant l’écologie et l’évolution: le cas des écosystèmes de montagne des Alpes et des Carpates

La biodiversité des prairies d’altitude en Europe : son origine, sa distribution spatiale et son devenir
Comprendre la part des facteurs historiques et des facteurs écologiques dans la distribution actuelle de la biodiversité des prairies d’altitude afin d’anticiper ses réponses aux changements globaux

Les facteurs explicatifs de la distribution actuelle des biodiversités
L’assemblage des espèces au sein des écosystèmes résulte à la fois de contingences historiques, de la réponse des espèces aux facteurs de l’environnement (climat et utilisation des terres) et des interactions entre espèces. Le projet ODYSSEE vise à démêler ces différentes composantes en étudiant un système modèle : les prairies d’altitude des massifs siliceux des Alpes et des Carpates. Une meilleure compréhension de ces mécanismes d’assemblage est nécessaire pour mieux prédire la réponse des écosystèmes aux changements globaux.

Appréhender les multiples facettes de la biodiversité grâce à des techniques innovantes
L’originalité du projet est d’examiner simultanément de multiples composantes de la biodiversité (diversité taxonomique, fonctionnelle et phylogénétique) et de caractériser ces composantes pour les plantes, la faune du sol et les microbes du sol. Cela nécessite de développer des méthodes analytiques innovantes comme par exemple l’étude de l’ADN du sol, mais également de nouvelles méthodes biostatistiques permettant l’analyse croisée de toutes ces composantes de la biodiversité.

Résultats

Le projet ODYSSEE permet de constituer une base de référence unique sur des composantes très méconnues de la biodiversité des prairies d’altitude des Alpes et des Carpates. Nos travaux ont dévoilé par exemple une diversité insoupçonnée pour la mésofaune du sol (par exemple dans le groupe des Collemboles). L’étude des distributions spatiales de la biodiversité à l’échelle biogéographique peut désormais être conduite sur des groupes d’organismes jusqu’alors négligés.
Nous avons mis au point des outils de diagnostic de la diversité moléculaire des sols grâce au metabarcoding environnemental (des techniques d’étude de l’ADN environnemental). Nous analysons conjointement les contraintes phylogénétiques, écologiques et spatiales qui déterminent l’assemblage des espèces dans les écosystèmes. Ces résultats ont une portée très générale en écologie car ils permettent d’améliorer les scénarios de réponse de la biodiversité en réponse aux changements globaux.

Perspectives

L’histoire des alpages des Alpes et des Carpates sera reconstituée par l’analyse conjointe de la diversité génétique des plantes et des communautés animales et fongiques des sols. Il sera déterminé comment les assemblages d’espèces ont recolonisé l’espace alpin à la suite du dernier maximum glaciaire.
L’analyse de l’ADN environnemental du sol ouvre des perspectives en recherche fondamentales (analyse comparée des distributions d’un très grand pool de taxons moléculaires) et des perspectives en recherche appliquée (contribution à l’élaboration d’indicateurs biologiques pour le sol).
Enfin, les données issues du projet vont permettre de calibrer et valider un modèle intégré de biodiversité simulant des assemblages d’espèces appartenant à différents niveaux trophiques en fonction des contraintes historiques, spatiales et écologiques.

Productions scientifiques et brevets

Un article soumis à la revue The New Phytologist est en révision (Gérémia & al., Contrasting microbial biogeographical patterns between anthropogenic subalpine grasslands and natural alpine grasslands. New Phytologist).

Une école thématique sur l’ADN environnemental a été organisée en Roumanie en mai 2015 et a rassemblé plus de 30 participants venus de 6 pays.


Partenaires

UBB Babes-Bolyai University - Alexandru Borza Botanical Garden

LECA Laboratoire d'Ecologie Alpine

LBBE Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive

Aide de l'ANR 254 386 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2014 - 36 mois

Résumé de soumission

L'effet des changements globaux sur les écosystèmes incite la communauté scientifique à développer de nouveaux outils de modélisation pour comprendre et prédire la dynamique de la biodiversité à différents niveaux d'organisation (des populations aux communautés, des écosystèmes paysages). Ce défi scientifique nécessite une approche pluridisciplinaire associant l'écologie, la biologie évolutive et les biogeosciences. Ainsi, les modèles de biodiversité ne doivent plus ignorer l'histoire évolutive des organismes et les interactions biotiques. Il est nécessaire de comprendre comment les espèces ont répondu aux changements passés pour comprendre les patrons de distribution actuels et pour mieux anticiper la réponse des systèmes aux changements futurs.

ODYSSEE est un projet qui vise à intégrer l'écologie et la biologie évolutive pour comprendre et prédire la dynamique des assemblages d'espèces dans un contexte biogéographique. Le modèle d'étude concerne les écosystèmes herbacés de montagne des Alpes et des Carpates. Ces pelouses et prairies d'altitude constituent un important réservoir de biodiversité en Europe et sont particulièrement vulnérables aux changements globaux incluant les changements climatiques et les modifications d'utilisation des terres. Ces écosystèmes présentent une distribution fragmentée et constituent un modèle de biogéographie insulaire. Au cours des périodes glaciaires des 2 derniers millions d'années, les habitats favorables à ces écosystèmes ont subi plusieurs phases de contraction et/ou d'expansion Les impacts des glaciations sur la distribution spatiale de ces habitats ont été très différents entre les Alpes - largement englacées - et les Carpates - plus marginalement englacées. Ces différences ont eu de profondes répercussions sur la localisation des refuges, sur les voies de recolonisation post-glaciaire et sur les dynamiques de ré-assemblage des communautés. Cependant, ces facteurs historiques, connus pour quelques espèces, n'ont jamais été pris en compte dans l'étude des assemblages multi-trophiques (en particulier les réseaux plantes-microbes du sol-mésofaune du sol). Cela limite notre capacité à anticiper et à scénariser la réponse des systèmes biologiques complexes aux changements globaux..

Le projet ODYSSEE permettra d'assembler un jeu de données sans précédent sur la biodiversité des deux principaux types d'écosystèmes herbacés des Alpes et des Carpates: les pelouses alpines silicicoles dominées par la laîche courbe (Carex curvula) et les prairies subalpines dominées par le Nard (Nardus stricta) principalement entretenues pour le pâturage. Plusieurs composantes de la diversité seront analysées incluant la diversité phénotypique et génotypique des plantes clé de voûte, la diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés végétales, la diversité moléculaire de la microflore et de la mésofaune du sol. Ces données fourniront la possibilité d'examiner les patrons de co-variation entre différents niveaux de biodiversité.

ODYSSEE intégrera les connaissances en écologie fonctionnelle et en écologie évolutive pour mieux comprendre les règles d'assemblage des espèces dans ces écosystèmes de montagne. Un défi du projet est d'implémenter un modèle de méta-communauté capable de représenter la dynamique des systèmes dans un paysage changeant. Les données empiriques collectées permettront de paramétrer ces modèles et d'en examiner la performance. Une étude de sensibilité sera également conduite.

Le projet ODYSSEE mettra en œuvre des approches innovantes (i) la reconstruction de megaphylogenies, (ii) l'analyse de la diversité des sols par "metabarcoding", (iii) le développement de nouvelles méthodes multivariées et de nouveaux cadres de modélisation en dynamique de la végétation.

ODYSSEE promouvra les transferts de compétence entre la France et la Roumanie et comporte un ambitieux programme de formation pour les étudiants, les chercheurs et le personnel technique.

 

Programme ANR : Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SVSE 7 - Biodiversité, évolution, écologie et agronomie (Blanc – Accords bilatéraux 2013 - SVSE 7) 2013

Référence projet : ANR-13-ISV7-0004

Coordinateur du projet :
Monsieur Philippe CHOLER (Laboratoire d'Ecologie Alpine)
philippe.choler@nullujf-grenoble.fr

Site internet du projet : http://granturi.ubbcluj.ro/odyssee/

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.