Comprendre et prédire les impacts de plantes invasives sur les dynamiques de réseaux trophiques

par Marie Grange

Projet de thèse en Biodiversité-Ecologie-Environnement

Sous la direction de François Munoz.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'ECologie Alpine (laboratoire) depuis le 01-01-2018 .


  • Résumé

    Contexte et objectifs: Les invasions biologiques sont, avec le climat et l'occupation des sols un élément essentiel du changement global et est connu pour être à l'origine d'une homogénéisation des communautés biotiques en affectant les communautés natives. Parce qu'elles ont un effet sur la composition spécifique des communautés, les espèces invasives devraient aussi affecter les interactions préexistantes. Cependant, cette problématique a encore peu été développée.En particulier, les espèces invasives devraient influencer les dynamiques des communautés à différents niveaux trophiques et donc modifier les réseaux consommateurs-producteurs. De ce fait, les invasions devraient déclencher des événements en cascade ayant des conséquences à long terme importantes sur le fonctionnement de tout l'écosystème. La mise au point d'outils permettant de prévoir ces effets à long terme est nécessaire pour atténuer ces effets et définir des objectifs de gestion prioritaires. Cependant, la difficulté à suivre les interactions biotiques entre les niveaux trophiques et sur le long terme complique la compréhension et la prévision des impacts des espèces invasives sur la biodiversité et a jusqu'à présent entravé des avancées majeures. Ce projet de thèse abordera ces problèmes en construisant une approche synthétique et interdisciplinaire combinant théorie, expérimentation et modélisation dynamique. En se concentrant sur deux plantes très invasives (Solidago canadensis, Impatiens glandulifera) et en étudiant des paires d'écosystèmes de prairies envahies / non envahies, le doctorant étudiera spécifiquement les mécanismes par lesquels les plantes envahissantes affectent les interactions plante-plante et plante-pollinisateur initiales,(ainsi que des réseaux plantes-herbivores si le temps le permet). Les résultats devraient favoriser notre compréhension des processus écologiques sous-jacents aux impacts des plantes envahissantes sur la dynamique des réseaux multi-trophiques. Le projet de recherche comprendra quatre composantes de base: 1. Quantifier l'impact de l'envahisseur sur les réseaux d'interaction en termes de: diversité taxonomique, diversité fonctionnelle et architecture du réseau d'interaction; 2. Evaluer si les impacts de l'envahisseur sur la biodiversité naturelle sont liés à la modification des propriétés des écosystèmes (y compris les services écosystémiques tels que la pollinisation, le maintien de la biodiversité et le stockage du carbone); 3. Développer de nouvelles méthodes pour prévoir efficacement les impacts à long terme des espèces envahissantes sur la biodiversité et les écosystèmes indigènes; 4. En s'appuyant sur ces résultats antérieurs, définir les pratiques de gestion permettant de limiter les impacts de l'invasion et prédire les impacts de nouveaux envahisseurs dans le cadre de scénarios prévisionnels de changement climatique. Données et méthodes: - Le réseau d'interaction plante-plante sera quantifié à partir d'une expérience contrôlée actuellement en cours au laboratoire. - Le réseau d'interaction plante-insecte et les propriétés de l'écosystème seront quantifiés à l'aide d'observations sur le terrain. - Les propriétés du réseau seront évaluées à partir d'un large panel de paramètres et d'approches. - Les deux réseaux seront intégrés dans un modèle de coexistence multi-trophique dynamique afin de simuler la dynamique de communautés à long terme.

  • Titre traduit

    Understanding and predicting the impacts of invasive plants on multi-trophic network dynamics


  • Résumé

    Context & objectives: Biological invasions are key components of global changes – together with climate and land use change – and are known to drive the homogenization of the Earth biota by trimming native species ranges. Because they should alter the composition of species assemblages, invasive species should also affect the preexisting interactions, but the issue is still little addressed. Specifically, they should influence species dynamics at multiple trophic levels and thus modify the native networks of consumer-resources interactions. Therefore, invasions should trigger cascading events with important long-term consequences on whole ecosystem functioning. Developing tools to predict these long-term effects is needed to mitigate the impacts and identify priority management targets. However, the difficulty to track biotic interactions across trophic levels and over long-time scales makes understanding and predicting invaders' impacts on biodiversity challenging, and has hampered major breakthrough so far. This PhD project will tackle these issues by building a synthetic and interdisciplinary approach combining theory, experiments and dynamic modeling. By focusing on two highly invasive plants (Solidago canadensis, Impatiens glandulifera), and studying pairs of invaded/non-invaded grassland ecosystems, the PhD candidate will specifically investigate the mechanisms by which invasive plant species impact native plant-plant and plant-pollinator interaction networks (as well as plant-herbivore networks if time allows). The results should foster our understanding of ecological processes underlying invasive plant impacts on multi-trophic network dynamics. The research project will include four basic components: 1. Quantifying invader impacts on interaction networks in terms of: taxonomic diversity, functional diversity, and architecture of interaction network; 2. Evaluating whether the invader impacts on native biodiversity are linked to altered ecosystem properties (including ecosystem services such as pollination, biodiversity maintenance and carbon storage); 3. Developing novel methods to efficiently predict long-term impacts of invasive species on native biodiversity and ecosystems; 4. Building on these previous results, defining management practices that should best mitigate invasion impacts, and predicting the impacts of new invaders and under anticipated global change scenarios. Data and methods: – The plant-plant interaction network will be quantified from a controlled experiment currently running at the lab. – The plant-insect interaction network and ecosystem properties will be quantified with field observations. – Network properties will be assessed from a large panel of metrics and approaches. – Both networks will be integrated into a dynamic multi-trophic coexistence model to simulate long-term community dynamics.