Evolution, Ecologie et Paléontologie
( Evo-Eco-Paléo )
 

Unité Mixte de Recherche UMR 8198

Thème Changements environnementaux et adaptation

Coordinateur : Jean-François Arnaud (PR)

Participants

Chercheurs et enseignants-chercheurs :

Personnel technique :

Post-doctorants :

Doctorants :

 

Objectifs généraux de l’équipe « Changements environnementaux et adaptation »

 

Cet axe thématique concerne l’étude

  1. des mécanismes impliqués dans l’adaptation des espèces animales et végétales aux changements climatiques

  2. de l’impact de la fragmentation des paysages sur la dispersion des individus et la répartition spatiale des espèces

  3. des processus de colonisation d’espaces urbanisés

  4. de l'évolution de mécanismes d'adaptation locale à la pollution des sols par des éléments traces métalliques (ETM).

 

L’objectif de cette équipe de recherche est de déterminer dans quelle mesure il est possible d’observer les effets des changements de l’environnement sur la diversité génétique neutre et adaptative, sur la démographie des populations et sur la composition des communautés d’espèces. Ces observations peuvent à terme permettre d’élaborer des prédictions sur les probabilités d’extinction, l’évolution de traits d’histoire de vie, les changements de communautés ou les variations de distribution géographique des espèces. Nous déterminons ainsi la capacité d’adaptation des espèces – par plasticité phénotypique ou par microévolution –, au travers de l’étude de traits d’histoire de vie et en particulier la capacité de dispersion, le mode de reproduction ou la capacité à tolérer ou accumuler des composants toxiques, et de la dynamique des communautés d’espèces.

 

Brièvement, les thématiques de recherche de cette équipe sont les suivantes :

 

(1) Structure génétique des populations en milieux fortement anthropisés.

 

Les perturbations d’origine anthropiques induisant des changements d’utilisation de l’habitat sont généralement responsables de la perte d’habitat et de la fragmentation du paysage. Par exemple, l’intensification des pratiques agricoles dans la seconde moitié du 20ème siècle ont conduit à la fragmentation des habitats semi-naturels au sein d’une matrice agricole. Cette fragmentation des habitats entraine une diminution des tailles efficaces de populations et une rupture des flux géniques à l’échelle d’un paysage, diminuant ainsi la diversité génétique permettant de répondre à des changements environnementaux. Toutefois, et au-delà de cet attendu classique, l’anthropisation croissante a aussi paradoxalement créé de nouveaux habitats propices à la colonisation par des espèces pionnières d’intérêt patrimonial.

C’est dans ce contexte que nous nous attachons (i) à déterminer les éléments paysagers déterminant les processus de migration au travers d’approches couplées de génétique des populations et d’écologie du paysage, et (ii) à retracer l’histoire et les processus de colonisation de milieux industriels laissés à l’abandon, ceci sur divers espèces animales et végétales d’intérêt patrimoniale (plantes hydrochores de fossés agricoles, espèces d’amphibiens pionnières).

 

(2) Écologie évolutive de l'adaptation locale aux milieux pollués par les ETM

 

La pollution est un élément majeur du changement global. À travers la toxicité environnementale qu'elle engendre, elle menace la survie des populations (humaines comprises) exposées. En termes évolutifs, cette toxicité représente une pression de sélection qui, lorsque la diversité génétique nécessaire est disponible, peut favoriser l'évolution d'adaptation locale. Nous testons l'existence d'adaptation locale aux milieux pollués, analysons les mécanismes impliqués et les conséquences sur les divergences génétiques entre populations en utilisant comme modèles principaux les espèces végétales Noccaea caerulescens et Arabidopsis halleri (Brassicacées). A l'aide de croisements entre populations exposées et non exposées, le génotypage par séquençage des descendances et une réflexion sur les traits écologiques impliqués, nous analysons l'architecture et les bases génétiques de l'adaptation locale (QTL mapping). En comparant en conditions contrôlées les méthylomes de populations naturelles, nous testons l'existence de mécanismes épigénétiques liés à l'adaptation. En développant des approches d'évolution expérimentale, nous discutons le rôle effectif de pressions de sélection potentielles dans l'évolution des traits adaptatifs.

 

(3) Variation des traits d’histoire de vie le long d’une aire de répartition géographique.

Les changements environnementaux globaux – changement climatique, fragmentation des habitats, introduction d’espèces exotiques envahissantes … – entrainent la modification des aires de répartition d’espèces et de la composition des communautés.

Pour prédire les changements de répartition d’une espèce, il est nécessaire de connaitre la variation spatiale des traits d’histoire de vie au sein de l’aire de répartition de chaque espèce. Ces prédictions peuvent permettre d’endiguer l’invasion d’espèces exotiques envahissantes, mais aussi d’organiser la conservation d’espèces menacées. En particulier, deux grands types de traits sont susceptibles d’évoluer sur un front de colonisation : (i) des traits reproductifs affectant la démographie et la diversité génétique des populations, (ii) des traits liés à la dispersion, qui influencent les flux géniques et les processus de colonisation. Nous étudions la structure génétique et la variation de ces traits d’histoire de vie chez plusieurs espèces animales et végétales d’intérêt patrimonial (par exemple pensée des dunes Viola tricolor, criste marine Crithmum maritimum) ou envahissantes (séneçon du Cap Senecio inaequidens, crabe sanguin Hemigrapsus sanguineus).

 

(4) Impact des changements globaux sur les communautés d’espèces

 

Le passage à l’échelle planétaire des changements liés aux activités humaines soumet la biodiversité à des atteintes sans précédent. Extinctions locales, régionales ou mondiales d’espèces, migration d’espèces cosmopolites et banalisation des paysages conduisent à une homogénéisation biotique à l’empreinte mondiale. Les réseaux d’interaction inter spécifiques s’en retrouvent à l’évidence profondément modifiés, mais l’observation fine de ces modifications en est à ses débuts.

Nous étudions les conséquences de ces changements globaux sur les communautés et sur les interactions entre espèces (1) en exploitant des bases de données floristiques et faunistiques à long terme (un siècle) en région Nord Pas de Calais et Belgique, (2) par des suivis de terrain mensuels sur 3 régions (Larzac, Haute Normandie, Hauts de France) le long d’un gradient latitudinal correspondant à un gradient de biodiversité (3) par l’étude des réseaux sur un gradient d’urbanisation. L’objectif de ces études est de comprendre les modifications de structure des réseaux d’interaction, en particulier plantes-pollinisateurs, avec les changements globaux et l’appauvrissement en espèces. Les suivis actuels sont axés sur les Apoïdés (abeilles sauvages et bourdons) et les Syrphidés, deux groupes majeurs de pollinisateurs. En complément nous abordons également la question de la relation homme-nature, au travers de l’étude des interactions entre l’homme et le castor européen. Cette espèce disparue localement puis réintroduite dans certaines régions de France est une espèce ingénieur modifiant localement mais fortement les paysages, entrainant potentiellement des changements de perception et représentation dont nous mesurons l’impact sur l’efficacité des réintroductions.

 

Publications représentatives :

 

Faucher, L., Hénocq, L., Vanappelghem, C., Rondel, S., Quevillart, R., Gallina, S., Godé, C., Jaquiéry, J. & Arnaud, J.-F. (2017) When new human-modified habitats favor the expansion of an amphibian pioneer species: evolutionary history of the natterjack toad (Bufo calamita) in a coal basin. Molecular Ecology, 26, in press (doi: 10.1111/mec.14229).

Gonneau, C., Nausicaa, N., Godé, C., Frérot, H., Sirguey, C., Sterckeman, T., Pauwels, M. (2017) Demographic history of the trace metal hyperaccumulator Noccaea caerulescens (J. Presl and C. Presl) F. K. Mey. in Western Europe. Molecular Ecology, 26, 904-922.

Favre-Bac, L., Mony, C., Ernoult, A., Burel, F. & Arnaud, J.-F. (2016) Ditch network sustains functional connectivity and influences patterns of gene flow in an intensive agricultural landscape. Heredity, 116, 200-212.

Faucher, L., Godé, C. & Arnaud, J.-F. (2016) Development of nuclear microsatellite loci and mitochondrial single nucleotide polymorphisms for the natterjack toad, Bufo (Epidalea) calamita (Bufonidae), using next generation sequencing and Competitive Allele Specific PCR (KASPar). Journal of Heredity, 107, 660–665.

Goberville, E., Hautekèete, N.-C., Kirby, R.R., Piquot, Y., Luczak, C. & Beaugrand, G. (2016) Climate change and the ash dieback crisis. Scientific Reports, 6, 35303.

Meyer, C.L., Pauwels, M., Briset, L., Godé, C., Salis, P., Bourceaux, A., Souleman, D., Frérot, H. & Verbruggen, N. (2016) Potential preadaptation to anthropogenic pollution: Evidence from a common quantitative trait locus for zinc and cadmium tolerance in metallicolous and nonmetallicolous accessions of Arabidopsis halleri. New Phytologist, 212, 934-943.

Duputié, A., Rutschmann, A., Ronce, O. & Chuine, I. (2015) Phenological plasticity will not help all species adapt to climate change. Global Change Biology, 21, 3062-3073.

Hautekèete, N.-C., Frachon, L., Luczak, C., Toussaint, B., van Landuyt, W., van Rossum, F. & Piquot, Y. (2015) Habitat type shapes long-term plant biodiversity budgets in two densely populated regions in north-western Europe. Diversity and Distributions, 21, 631–642.

 

Exemples d'espèces étudiées dans ce groupe de recherche thématique :

 

  Castor fiber    Bufo calamita Hemigrapsus sanguineus    Oenanthe aquatica   Pelodytes punctatus

 

     Crithmum maritimum     Viola tricolor ssp. curtisii    Noccaea caerulescens       Lumbricus terrestris