Contraintes stœchiométriques et optimisation de la

Spécialité Ecologie, Biodiversité et Evolution
Proposition de stage de M2
Année 2008/2009
A envoyer avant le 29 septembre 2008 à : [email protected]
Titre du stage : Contraintes stœchiométriques et optimisation de la production
primaire par les herbivores.
Laboratoire ou structure d’accueil :
UMR 7618 – Bioemco (Biogéochimie et écologie des milieux continentaux)
Ecole Normale Supérieure, 46 rue d’Ulm, 75230 Paris cedex 05
Intitulé de l’équipe : Biodiversité et fonctionnement des écosystèmes
Responsable du stage :
Nom : LACROIX Gérard (Chargé de recherches au CNRS)
Tél : 01 44 32 38 82
Fax : 01 44 32 38 85
Email : [email protected]
Références 2007-2008 du laboratoire d’accueil sur la stœchiométrie écologique
et les approches expérimentales en milieux aquatiques :
Danger, M., T. Daufresne, F. Lucas, S. Pissard & G. Lacroix. 2008. Does Liebig’s law of the minimum
scale up from species to communities? Oikos (sous presse).
Danger, M., G. Lacroix, S. Kâ, E.H. Ndour, D. Corbin & X. Lazzaro. 2008. Food-web structure and
functioning of temperate and tropical lakes: a stoichiometric viewpoint. Annls Limnol., Int. J.
Limnol. (sous presse).
Danger, M., G. Lacroix, C. Oumarou, D. Benest & J. Mériguet. 2008. Effects of food-web structure on
periphyton stoichiometry in eutrophic lakes: A long-term mesocosm study. Freshwat. Biol. 53:
2089-2100.
Danger M., J. Leflaive, C. Oumarou, L. Ten-Hage & G. Lacroix. 2007. Control of phytoplanktonbacteria interactions by stoichiometric constraints. Oikos 116 (7): 1079-1086.
Danger M., C. Oumarou, D. Benest & G. Lacroix. 2007. Bacteria can control stoichiometry and
nutrient limitation of phytoplankton. Funct. Ecol. 21: 202-210.
Gilles, S. G. Lacroix, D. Corbin, N. Ba, C. Ibañez Luna, J. Nandjui, A. Ouattara, O. Ouédraogo, X.
Lazzaro, 2008. Mutualism between euryhaline tilapia Sarotherodon melanotheron heudelotii
and Chlorella sp.: implications for nano-algal production in warmwater phytoplankton-based
recirculating systems. Aquacult. Eng. (sous presse).
Lacroix, G. & M. Danger. 2008. Des réseaux trophiques au fonctionnement des écosystèmes
lacustres : vers une intégration de l’hétérogénéité et de la complexité. RSE 21 (2): 155-172.
Leflaive, J., G. Lacroix, Y. Nicaise, L. Ten-Hage. 2008. Colony induction and growth inhibition in
Desmodesmus quadrispina (Chlorococcales) by allelochemicals released from the filamentous
alga Uronema confervicolum (Ulotrichales). Envir. Microbiol. (10 (6): 1536-1546.
Quelques références générales sur l’optimisation par l’herbivorie :
Belsky, A. J. 1986. Does herbivory benefit plants? A review of the evidence. Am. Nat. 127: 870-892.
Belsky, A. J. 1987. The effects of grazing: confounding of ecosystem, community, and organism
scales. Am. Nat. 129: 777-783.
Belsky, A. J. , W. P. Carson, C. L. Jense, and G. A. Fox. 1993. Overcompensation by plants: herbivore
optimization or red herring? Evol. Ecol. 7:109-121.
Daufresne, T. & Loreau, M. (2001). Plant-herbivore interactions and ecological stoichiometry: when do
herbivores determine plant nutrient limitation. Ecol. Lett., 4, 196-206.
de Mazancourt, C., Loreau, M. & Abbadie, L. (1998). Grazing optimization and nutrient cycling : when
do herbivores enhance plant production ? Ecology, 79, 2242-2252.
de Mazancourt, C., M. Loreau, U. Dieckmann. 2001. Can the evolution of plant defense lead to plantherbivore mutualism? Am. Nat. 158: 109-123.
Fussmann, G. F., M. Loreau & P. A. Abrams. 2007. Eco-evolutionary dynamics of communities and
ecosystems. Functional Ecology 21: 465-477.
Hilbert, D. W. , D. M. Swift, J. K. Detling, and M. I. Dyer. 1981. Relative growth rates and the grazing
optimization hypothesis. Oecologia 51: 14-18.
Hayashi, M. Fujita, A. Yamauch. 2007. Theory of grazing optimization in which herbivory improves
photosynthetic ability. J. Theoret. Biol. 248: 367-376.
McNaughton, S. J. 1979. Grazing as an optimization process: grass–ungulate relationships in the
Serengeti. Am. Nat. 113: 691-703.
McNaughton, S. J. 1983. Compensatory plant growth as a response to herbivory. Oikos 40: 329-336.
McNaughton, S. J. 1985. Ecology of a grazing ecosystem: the Serengeti. Ecol. Monogr. 55: 259-294.
Nolet B. A. 2004. Overcompensation and grazing optimisation in a swan-pondweed system?
Freshwat. Biol. 49: 1391-1399.
Description du stage
Jusque dans les années 1970, les interactions plantes - herbivores ont été
essentiellement considérées comme antagonistes, les herbivores ayant un effet négatif sur
leurs proies et les plantes allouant en retour une fraction de leurs ressources à des défenses
anti-prédateurs. Depuis les années 1970, cette vision a été largement remise en question
par de nombreux travaux (voir par exemple les travaux de McNaughton sur la savane du
Seregenti), qui ont abouti à l’hypothèse « d’optimisation par l’herbivorie », selon laquelle un
niveau intermédiaire d’herbivorie maximise la production primaire et la fitness des plantes.
Plusieurs mécanismes ont été proposés, aboutissant parfois à d’importantes controverses
dans les années 1980 et 1990. À la fin des années 1990 et au début des années 2000, des
approches de modélisation ont permis de mieux cerner dans quelles conditions les
interactions plantes - herbivores pouvaient passer d’un effet net antagoniste à un mutualisme
net. Par ailleurs le développement de modèles théoriques sur la stœchiométrie écologique a
apporté de nouveaux éléments clés dans l’interaction plantes - herbivores. La stœchiométrie
écologique est une approche récente qui introduit les principes de conservation de la matière
et d’homéostasie de la composition chimique des organismes dans l’étude de leurs
interactions trophiques. L'approche stœchiométrique permet une étude mécaniste des
interactions entre les différents niveaux trophiques de l'écosystème (producteurs primaires,
décomposeurs, consommateurs). Une prédiction simple de la stœchiométrie est par exemple
qu'un herbivore peut modifier par excrétion différentielle de nutriments le facteur limitant un
producteur primaire si la composition chimique de cet herbivore diffère de celle du
producteur primaire qu'il consomme (Daufresne et Loreau 2001).
Le (la) stagiaire développera une approche expérimentale en laboratoire avec
l’espèce phytoplanctonique Scenedesmus obliquus et le Cladocère herbivore Daphnia
magna pour vérifier comment les conditions stœchiométriques modulent l’impact des
herbivores sur les producteurs primaires. Ces expériences viseront à étudier finement la
manière dont les herbivores modifient la disponibilité en nutriments, via le contrôle des
algues et des décomposeurs, mais également par leur propre excrétion. Sur le plan
expérimental, cette démarche mécaniste nécessite de séparer physiquement les différents
niveaux trophiques afin de contrôler les conditions de croissance de ces niveaux trophiques
et les différents échanges entre eux. Le laboratoire d’accueil a une bonne expertise générale
sur les approches en microcosmes et les interactions phytoplancton - zooplancton.
Pour les stages de M2 UNIQUEMENT (effacez les phrases inutiles)

Ce stage est destiné aux étudiants EBE inscrits dans un parcours Recherche
o Ce stage peut se poursuivre par une thèse (ce sujet sera déposé dans
une école doctorale).