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Département Interaction, Ecologie et Sociétés

RECHERCHE Interaction, Ecologie et Sociétés

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Objectifs scientifiques du département

Le parti pris du département InES est de s’intéresser, non pas à des espèces particulières, mais à la biologie des interactions entre espèces et aux processus façonnant les réseaux et les cascades d’interactions interspécifiques. Plus particulièrement, l’objectif est de comprendre les processus de coévolution liés aux interactions entre des espèces biologiquement très différentes (par ex., plantes-champignons, plantes-insectes, plantes-hommes) et à comprendre leurs conséquences écologiques. Nous savons de façon globale que de telles associations ont été à l’origine d’innovations et d’opportunités biologiques majeures ; le succès démographique de l’homme dépend par exemple très largement de son association mutualiste et de sa coévolution avec plantes et animaux domestiqués (Diamond 1997). Cependant, il n’existe à ce jour aucun corpus conceptuel global permettant de comprendre, au delà de cas particuliers, la mise en place et le fonctionnement à long terme de ces interactions (Herre et al. 1999). Un objectif du département est de faciliter l’émergence de tels concepts globaux. Pour ce faire, il s’appuie sur un socle solide et large de compétences disciplinaires techniques et conceptuelles complémentaires. Il s’agit notamment de celles associées aux recherches en écologie chimique, en écologie évolutive et en ethnobiologie. Le département sera un lieu de rencontre entre ces domaines de recherche.

Les systèmes d’interactions étudiés (voir ci-dessus) impliquent de fortes différences de temps de génération et d’effectifs entre espèces associées. Les processus analysés sont donc empreints d’une dimension historique qui procède de façon hétérogène selon les participants des interactions (Alvarez et al. sous presse). Pour comprendre l’importance biologique de processus de couplage ou de découplage liés à cette hétérogénéité, une description fonctionnelle fine des processus sera mise en œuvre.

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.