Conséquences écophysiologiques et écotoxicologiques des changement globaux chez les insectes terrestres

Ecophysiological and ecotoxicological consequences of global changes in terrestrial insects

• Auteur / Autrice : Julie Engell Dahl Bjørge
• Direction : David Renault, Martin Holmstrup
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie, évolution
• Date : Soutenance le 25/10/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecosystèmes, Biodiversité, Evolution (Rennes ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Peter Convey
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claudia Wiegand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Després, Stine Slotsbo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adaptation (biologie)

Effets des pesticides

Distribution géographique

Effets de la température

Coléoptères

Mots clés libres

Température

Tolérance

Distribution

Pesticide

Multi-Stress

Desiccation

Temperature

Tolerance

Distribution

Pesticide

Multi-Stress

Desiccation

Résumé

Les insectes terrestres sont affectés par de nombreux facteurs environnementaux qui varient dans le temps et dans l'espace à macro- et micro-échelles. Le changement climatique affecte par ailleurs la manière dont ces facteurs varient, avec de potentielles conséquences pour les individus, les populations et les communautés d'insectes. Au sein de ce travail de thèse, les effets de facteurs abiotiques sur différents traits biologiques et physiologiques des insectes ont été étudiés, en employant des coléoptères comme modèles biologiques. Dans une première partie, l’impact de l’expansion géographique sur la plasticité thermique a été étudiée, en se focalisant sur le coléoptère Merizodus soledadinus envahissant une île subantarctique. Différentes populations ont été collectées, et ce travail a permis de mettre en évidence un schéma général selon lequel la plupart des populations présentaient de fortes aptitudes à tolérer le froid ou le chaud. Ces résultats indiquent qu'il existe des compromis entre ces deux traits avec d’autres caractères biologiques, les insectes. Au sein de ce travail de thèse, les niveaux de tolérance et les réponses des insectes aux thermiques et chimiques (cyfluthrine) ont été étudiés. L’objectif était de déterminer si les réponses mises en place pour faire face au stress thermique pouvaient affecter la sensibilité au stress chimique et vice versa. Dans ce but, différentes populations du coléoptère ravageur envahissant Alphitobius diaperinus ont été employées : une population élevée en conditions contrôlées, et trois populations collectées dans différents élevages avicoles. Toutes les populations d'A. diaperinus testées possèdent une large tolérance thermique. Cependant, les populations collectées dans les élevages avicoles présentent une tolérance thermique plus importante que la population élevée en conditions contrôlées. Ces recherches démontrent le rôle des environnements variables comme moteur d’une plasticité thermique accrue. Le prétraitement des populations par exposition quotidienne à des pics de chaleur réduit le temps de récupération des insectes qui sont exposés à une chaleur extrême (mais pas au froid). A l’inverse, l'exposition aux pesticides avant le stress thermique a augmenté les temps de récupération. Ces recherches fournissent des preuves des interactions entre insecticide et tolérance à la chaleur, ce qui n'avait pas été démontré auparavant chez les insectes terrestres adultes. Suite à une exposition au stress sous forme de pics de chaleur quotidiens, avec ou sans exposition à des insecticides, aucune altération du métabolome ou l'activité antioxydante des insectes n’a été observée. Cependant, l'exposition à la chaleur a entraîné une augmentation du nombre de descendants, tandis que le traitement insecticide avait tendance à réduire ce nombre. En d’autres termes, les insectes ont démontré une tolérance élevée aux pesticides, mais cela se traduit par un contre coût en termes de reproduction. Pour finir, la tolérance et les réponses d'A. diaperinus aux stress hydriques ont été prises en compte. Cela a permis de mettre en évidence les fortes capacités de cet insecte à faire face à des épisodes de sécheresse, sans que cela n’affecte la composition en métabolites. Cependant, après une période dans un environnement très sec, le succès reproducteur des insectes a ici aussi été diminué.

Terrestrial insects are affected by many environmental factors that vary temporally and spatially at micro- and macroscales. Climate change is moreover affecting the variations of these factors in several ways, with potential cascading effects for insect individuals, populations and communities. This thesis addresses how certain environmental abiotic factors can affect the physiological ecology of insects, with beetles as model insects. Firstly, I examined how geographic expansion could affect the thermal tolerance of invasive insects. For that purpose, different populations from the beetle Merizodus soledadinus invading a sub-Antarctic Island were used. This investigation illustrated a general pattern that most populations were best at coping with either cold or heat, and a few did not excel at recovering from either, compared to other populations of the species. This indicates that there are trade-offs between insects having high tolerance to hot or cold temperatures, and other un-investigated traits. Further, researches were conducted to elucidate tolerance levels and responses of insects to temperature and insecticide (cyfluthrin) stress, and investigate how thermal tolerance can be affected by pesticides. Different populations of the invasive pest beetle Alphitobius diaperinus, i.e. one laboratory-reared population and three populations collected from different farms were used. The investigations revelaed that all populations of A. diaperinus had a large thermal tolerance breadth. However, farm collected populations had a wider temperature tolerance than the investigated laboratory reared population. It evidences how variable environments experienced by farm-collected populations can increase tolerance as compared with the individuals reared at constant temperature. In addition, pre-treatment with daily heat spikes decreased the recovery time of the insects to subsequent extreme heat exposure (but not cold), whereas pesticide exposure prior to temperature stress increased recovery times. This provided evidence of interactions between insecticide and heat tolerance that has not been shown in adult terrestrial insects before. Following stress exposure in the form of daily heat spikes, with or without insecticide exposure, no changes in the animals´ metabolome or antioxidant activity was reported. However, heat exposure resulted in increased numbers of offspring, while insecticide treatment had a tendency to reduce these numbers. In other words, the insects demonstrated a high tolerance to pesticide, but at a reproductive cost. Finally, tolerance and responses of A. diaperinus to dry conditions was tested. This study showed that the insects were highly desiccation resistant, but there were no changes in metabolite composition that could be associated with active upregulation of osmolytes in response to desiccating conditions. However, after a period in a very dry environment, the insects’ reproductive output decreased, indicating that drought could have detrimental effects, even on populations of this desiccation resistant species.