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Scientific aim of the department

Within departement InES, rather than to focus on particular species, we have choosen to focus on the biology of the interactions between species and to the processes shaping networks and cascades of interspecific interactions. More specifically, we aim at understanding the coevolutionary processes associated with interactions among species that present highly different biologies (e.g. plant-fungi, plant-insect, plant-human interactions) and at unraveling their ecological consequences. In a broad perspective it is known that such associations have been at the origin of major biological innovation and opportunities; for instance the demographic success of humans has largely depended on their mutualistic association and their coevolution with domesticated plants and animals. There is however todate no global conceptual framework allowing to understand, beyond particular instances, the emergence and the long term funcitoning of such interactions. An objective of the departement is to facilitate the emergence of such global concepts. To achieve this we have built on a strong basis of complementary disciplinary conceptual and technical competences. In particular we use the competences associated with research in chemical ecology, evolutionary ecology, and ethnobiology. The department will be a meeting place between these different fields of research.

Our study models involve strong differences in generation times and population sizes of the species involved. Therefore the processes analysed are often strongly affected by a historical dimention that proceeds in a heterogeneous way depending on the species involved. To understand the biological importance of coupling and uncoupling of processes due to this heterogeneity, a fine functional description of the processes is of primary importance.

La médiation des interactions entre organismes est en particulier souvent de nature chimique (Hossaert-McKey et al. 2008), et le volet « écologie chimique » joue un rôle central dans le département InES. La description fine porte alors sur l’analyse de la chimie (notamment histochimie) et de la communication chimique dans les interactions. Le développement de ces recherches est facilité par la présence, au sein du département, d’enseignants-chercheurs rattachés à l’UFR de pharmacie de l’UM1 et au département de chimie de l’UM2 et travaillant en synergie avec des chercheurs et enseignants-chercheurs aux compétences plus centrées sur l’écologie comportementale et évolutive.

Ces descriptions fines ont pour vocation de permettre de rechercher des règles émergentes régissant des réseaux d’interaction complexes. Nous venons, par exemple, de montrer que, dans certaines associations plantes-fourmis, les fourmis cultivent des champignons dans les abris (domaties) fournis par les plantes (Defossez et al. 2009). L’objectif est maintenant d’analyser la généralité de telles cultures de champignons dans les associations plantes-fourmis, et de démontrer le rôle écologique de ces champignons pour les fourmis et leur signification évolutive. Ces travaux s’appuient sur des compétences en écologie tropicale, en comportement des fourmis, en histologie, en biologie et taxonomie moléculaire des champignons et en chimie, c’est-à-dire qu’ils mobilisent les trois équipes du département. Ainsi, partant de l’analyse comparée de cas particuliers et en fédérant des compétences diversifiées, la démarche consiste à rechercher des principes généraux émergents et à conceptualiser les processus à partir d’une bonne connaissance du particulier.

Pour détecter des patrons émergents, il est nécessaire de disposer de répétitions d’interactions interspécifiques, que ce soit pour explorer les variations au sein d’un système donné ou pour analyser des systèmes similaires (voir par ex. Renier et al. 2008, Tedersoo et al. 2007). Ceci a amené le département à développer des chantiers situés dans des régions biogéographiques où la biodiversité est particulièrement élevée : il s’agit essentiellement du bassin méditerranéen et des régions intertropicales (Mittelbach et al. 2007). Cette focalisation sur les tropiques est l’une des raisons de la présence de trois chercheurs du Cirad et d’un chercheur de l’IRD au sein du département. La recherche de répétitions différenciées d’un même système a conduit également à diversifier fortement les terrains d’étude. Par leur richesse, les tropiques permettent d’obtenir des réplications sur les différents continents.

Les données paléoclimatiques et paléobotaniques montrent que, même à l’équateur, une dynamique de changements de vaste ampleur est en cours sur des temps évolutivement, écologiquement et même historiquement courts : les systèmes naturels sont très mouvants et ceci a des conséquences directes non seulement sur les espèces présentes localement au sein des communautés, mais également sur l’évolution de leur biologie (Léotard et al. 2009). Or l’histoire biogéographique des milieux équatoriaux et tropicaux est insuffisamment documentée (par ex., Born et al. 2008) et pourrait procéder de façon différente pour les différentes espèces en interaction (Alvarez et al. sous presse). C’est pourquoi le département inclut dans son approche cette dimension dynamique sur plusieurs échelles de temps, à travers une analyse de l’histoire biogéographique et phylogénétique des interactions. Il développe donc des approches visant à analyser la structuration à différentes échelles géographiques de la diversité génétique et morphologique, ainsi que la co-structuration entre espèces en interaction sur des échelles de temps allant de celles de la phylogénie moléculaire (temps long) à celles de la phylogéographie (temps court).

Les changements des milieux sont aussi le produit de l’influence des sociétés humaines au sein des systèmes environnementaux dont elles font partie. Changements climatiques depuis le dernier maximum glaciaire et actions des hommes sont si intimement entremêlés que l’homme doit être perçu comme faisant pleinement partie de l’histoire de pratiquement tous les écosystèmes actuels (voir par ex. Chepstow-Lusty et al. 2009). En Guyane, par exemple, des paysages de buttes, généralement perçus comme naturels, semblent avoir en fait été créés par l’homme à l’époque précolombienne et se seraient autoentretenus depuis (McKey et al. études en cours). Les approches développées au sein du département tentent donc d’incorporer les sociétés humaines comme une composante à part entière des réseaux d’interactions à analyser.

Dans ce contexte, les interactions hommes-plantes fournissent un point d’entrée fort sur les processus en cours. La gestion locale de la biodiversité végétale comprend des formes graduées : ainsi des processus diffus de cueillette sont souvent associés à des actions de facilitation de la survie/reproduction de plantes et initie un continuum allant jusqu’à une domestication poussée (Dounias 2005), permettant généralement le maintien d’une forte diversité génétique et morphologique au sein des espèces (Alvarez et al. 2005). Il s’agit là d’un ensemble de processus coévolutifs en cours dont l’analyse nécessite de comprendre pratiques humaines, biologie humaine et évolution des plantes (Caillon & Desgeorges 2007, Mondolot et al. 2009). La domestication au sens large constitue ainsi un fantastique modèle d’étude. Le recrutement récent par le CNRS de deux chercheurs en ethnobiologie et géographie rattachés au département vient renforcer le noyau constitué avec les chercheurs du Cirad, de l’IRD et de l’UM2 pour aborder ce type de questions sur des chantiers méditerranéens et tropicaux.

Si la cohérence du département est construite autour d’une réflexion forte de recherche fondamentale, travailler sur les interactions amène cependant à développer des compétences et des savoir-faire, et donc à obtenir des résultats, relevant de sciences appliquées. Par exemple, travailler sur la médiation chimique des interactions peut permettre une meilleure compréhension biologique et chimique des échanges qui s’établissent entre les règnes végétal, animal et fongique avec tout le potentiel d’applications associées. Les interactions homme-milieu permettent également d’aborder un ensemble de questions essentielles en biologie de la conservation, comme l’étude du maintien de la diversité dans les systèmes agricoles traditionnels (en Méditerranée, Océanie, Afrique, à Madagascar, aux Amériques) permet de comprendre et de maîtriser le devenir des ressources génétiques (amandier, Ficus spp., olivier, châtaignier, arganier, sorgho, cocotier, manioc, igname …). Enfin, la reconstitution de l’histoire biogéographique des systèmes biologiques permet de définir à quel point la connectivité géographique sera importante dans le maintien de la biodiversité.

L’approche des interactions au sein du département InES nécessite de développer des pôles de compétences techniques, en appui sur toutes les plates-formes techniques du CEFE. Le département sera particulièrement acteur du développement de deux pôles de compétences techniques : (i) la « chimie en écologie », s’étendant de l’extraction de composés biologiques et de la capture de composés volatils impliqués dans les interactions, jusqu’à leur analyse structurale et tridimensionnelle et à la synthèse totale et stéréospécifique de molécules naturelles et de mimes moléculaires, et (ii) autour des « marqueurs moléculaires », recouvrant la génétique des populations, la phylogéographie et la phylogénie avec la particularité de conduire les études sur des espèces en interactions.