Stchiometrie ecologique, relations entre autotrophes et heterotrophes et fonctionnement des ecosystemes

• Auteur / Autrice : Tanguy Daufresne
• Direction : Michel Loreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques fondamentales et appliquées. Sciences médicales
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la stchiometrie ecologique, une approche qui s'attache a etudier l'implication de la conservation des elements chimiques dans les interactions entre les etres vivants. Nous avons cherche a determiner l'implication de la stchiometrie des elements c, n et p dans les interactions entre organismes autotrophes et heterotrophes, en mettant l'accent sur le role du recyclage des nutriments par les heterotrophes. Pour cela, nous avons, dans un premier temps, elabore des modeles simples, stchiometriquement explicites de ces interactions. L'etude des proprietes de ces modeles nous a permis de degager une connaissance fonctionnelle theorique, que nous avons ensuite testee en procedant a des experimentations. Notre etude a porte plus particulierement sur deux types d'interactions : 1) les interactions producteurs primaires-decomposeurs, dans lesquelles la stchiometrie du carbone et du nutriment (azote ou phosphore) limitant la production primaire implique la competition pour l'acquisition du nutriment. Ceci pose la question de la stabilite de la coexistence de ces deux groupes. 2) les interactions producteurs primaires-herbivores, dans lesquelles la stchiometrie de l'azote et du phosphore implique un recyclage differentiel de ces deux nutriments par les herbivores. Ceci pose la question de l'aptitude des herbivores a determiner le statut de limitation des producteurs primaires. Nous avons montre que la coexistence entre producteurs primaires et decomposeurs, en l'absence de controles externes, n'est possible que si (1) les decomposeurs sont plus competitifs que les producteurs primaires pour le nutriment, et se trouvent ainsi limite par le carbone organique et (2) la difference de ratio carbone:nutriment entre les deux groupe ne depasse pas un seuil limite. Nous avons teste la condition (1) sur le modele biologique scenedesmus obliquus-bacteries lacustres par des experiences en microcosme. Nous avons obtenu une coexistence algues-bacteries dans differents milieux de culture, variant par leurs charges en nutriment et leurs ratios azote:phosphore. Dans chaque cas, les bacteries etaient limitees par le carbone organique. Nous avons montre qu'un herbivore ne peut determiner le statut de limitation des producteurs primaires consommes que sous certaines conditions, qui dependent de l'affinite relative des producteurs primaires pour le phosphore et l'azote. Ces conditions sont d'autant plus facilement respectees que la difference de ratio azote:phosphore entre les deux groupes est grande, que le ratio azote:phosphore disponible dans le milieu est proche de celui de l'ensemble producteurs primaires + decomposeurs, et que les herbivores controlent efficacement les producteurs primaires. Nous avons concu un microcosme aquatique dans le but de tester ces resultats sur le modele biologique scenedesmus obliquus - daphnia magna. Ce microcosme, constitue d'un reservoir algues et un reservoir zooplancton, permet de controler le taux d'herbivorie subies par les algues tout en assurant l'homogeneite du milieu par une circulation constante entre les deux reservoirs. Il constitue un outil experimental unique pour l'etude de l'implication de la stchiometrie ecologique dans les interactions indirectes entre organismes aquatiques.