Mécanismes et conséquences sur les relations proie

Année 2016-2017 - Demande d’allocation doctorale
ED Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (SSBCV) n°549
1. Informations administratives :
Nom de l’encadrant responsable de la thèse : Prof. Claudio LAZZARI, à 20%.
Unité : IRBI, UMR 7261
Equipe (si unité multi-équipes): PEC (Physiologie et Ecologie Comportementale)
Email de l’encadrant : [email protected]
Co-encadrant éventuel : Sylvain PINCEBOURDE (CR1, CNRS, non HDR, a reçu
l'autorisation de candidater à l'HDR en octobre 2016), à 80%.
Unité: IRBI, UMR 7261
Equipe: ESMB-EQ (Ecologie des Systèmes Multitrophiques et Biomimétisme,
Ecologie Quantitative)
Email: [email protected]
2. Titre de la thèse : Ecologie thermique des insectes aquatiques : Mécanismes et
conséquences sur les relations proie-prédateur
3. Résumé :
Les changements climatiques impactent fortement la biodiversité en générant des
modifications de distribution des espèces, des extinctions de population, et en facilitant les
invasions biologiques avec des conséquences sanitaires importantes dans le cas d'espèces
porteuses de maladies. Anticiper l'ensemble de ses effets nécessite d'identifier comment les
organismes répondent à ces changements environnementaux. Les concepts et outils de
l'écologie thermique permettent d'analyser les mécanismes sous jacents à la réponse des
organismes au changement climatique. Cette branche de l'écologie mesure les seuils de
tolérance à la température, les préférences thermiques ou encore les réponses physiologiques à
la température, dans le contexte environnemental des espèces. Cette approche a été appliquée
avec succès sur des ectothermes terrestres (insectes et reptiles notamment), mais n'a encore
jamais été réalisée sur des organismes aquatiques. Les insectes aquatiques font face au
challenge de devoir répondre directement à une variation de température, mais aussi
indirectement via l'effet de la température sur l'oxygène dissout dans l'eau. L'O2 dissout se
raréfie lorsque la température de l'eau augmente, aggravant ainsi la capacité de l'insecte
aquatique à tolérer le changement. A ce jour, nous manquons de connaissances sur l'écologie
thermique de la majorité des insectes aquatiques, et les conséquences sur les interactions
biotiques sont encore méconnues. La thèse analysera les réponses écologiques et
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physiologiques à la température et l'oxygène dissout dans l’eau des larves aquatiques de
prédateurs (libellule) et de proies (moustique). Cette thèse permettra de comprendre
comment les variations de température de l'eau modulent l'intensité des interactions
biotiques dans le système aquatique.
La thèse se focalisera sur les larves de libellule et de moustique. Les libellules sont des
prédateurs voraces ayant un impact fort sur la structure des communautés aquatiques. Ce sont
aussi des bio-indicateurs de la qualité des eaux, car ils sont très sensibles aux modifications
environnementales. A l'inverse, les moustiques sont plus résilients, mais sont vecteurs de
maladies (ex : paludisme). La thèse apportera donc des éléments cruciaux pour notre capacité
à prédire l'impact du changement climatique sur ces espèces majeures. Le changement de la
distribution géographique du moustique tigre en réponse au changement climatique, par
exemple, pose la question de comment contrôler son expansion de manière naturelle grâce
aux prédateurs déjà présents dans les milieux aquatiques et qui sont eux-mêmes impactés par
le réchauffement. Toutefois, les larves de moustique et de libellule ont une biologie si
différente qu'il est impossible de prédire si les libellules vont pouvoir contrôler les moustiques
dans un climat plus chaud sans avoir recours à des études en écologie thermique. L'objectif
est d'étudier la biologie thermique des larves d'insectes aquatiques dans un contexte de
communautés d'espèces : comment différentes espèces répondent-elle aux changements de
température suivant les saisons ? Comment les changements globaux affectent les interactions
entre espèces dans les écosystèmes aquatiques ? Il faut pour cela identifier pour chaque
espèce les conditions subies, leurs préférences thermiques, leur seuil de tolérance et leurs
réponses physiologiques. Enfin, la thèse développera des biotests expérimentaux pour
quantifier l'effet des variations de température et d'oxygène dissout sur l'intensité de
l'interaction proie-prédateur.
La thèse s'adosse au projet région PROTECTODO. Le (la) doctorant(e) interagira
avec l'IE du projet, ainsi qu'avec l'association naturaliste Caudalis. Les études sur les
moustiques profiteront des interactions avec des spécialistes (IRD, Institut Pasteur) et sont
complémentaires à un dépôt de projet d’Intérêt Régional. Les équipements ont été ou seront
acquis début 2017, permettant à l'étudiant(e) d'être opérationnel immédiatement et de faciliter
la tenue de la thèse en 3 ans. L'étudiant(e) sera formé(e) sur les techniques et méthodes de
biologie thermique appliquées au modèle insecte aquatique, faisant de lui (elle) un(e)
spécialiste de l'écologie thermique des macro-invertébrés aquatiques. Le volet de terrain
permettra d'apporter du 'réalisme thermique' dans les manipulations au labo, constituant un
atout original à la thèse. La thèse se place à l'interface recherche fondamentale / appliquée.
4. Résumé en anglais :
Thermal ecology of aquatic insects: mechanisms and consequences for prey-predator
relationships
Global changes strongly erode biodiversity through changes in species distributions,
extinction of populations, and by facilitating invasions with consequences for human health in
the case of vectors. We need to identify how species respond to environmental changes to
anticipate the effects in now and in the future. The concepts and tools of thermal ecology can
be used to analyze the mechanisms underlying the responses of organisms to climate change.
Thermal ecology includes the determination of critical temperatures, temperature preferences
and the physiological responses to temperature. This approach was applied successfully to
terrestrial ectotherms such as insects and reptiles, but has never been developed fully on
aquatic organisms. Aquatic insects are facing an interesting challenge: they have to respond to
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temperature change directly, but also indirectly via the influence of temperature on dissolved
oxygen. Dissolved O2 decreases when water temperature increases, thereby influencing
negatively the ability of the insect to tolerate the warming. But we still lack knowledge on the
thermal ecology of most aquatic insects, and the consequences for biotic interactions are
unknown. The Thesis will analyse the ecological and physiological responses to
temperature and dissolved O2 in the aquatic larvae of predators (dragonflies) and prey
(mosquitoes). This work will improve our understanding of how water temperature
variations modulate biotic interactions in aquatic systems.
The Thesis focalises on dragonflies and mosquitoes. Dragonflies are important
predators shaping community structure. They are also bio-indicators of water quality as they
are especially sensitive to environmental changes. By contrast, mosquitoes are more resilient
but they are vectors for diseases (ex: malaria). The Thesis will bring crucial knowledge for
our ability to predict the impact of climate change on these major species in aquatic habitats.
For example, the recent change in the distribution of the Tiger mosquito asks how it can be
controlled using natural predators already present in the invaded areas but which are
themselves impacted by temperature changes. However, mosquito and dragonfly larvae are
biologically very different and it is impossible to predict is dragonfly larvae will feed on
mosquitoes in a warmer environment without knowledge on their thermal ecology. The
objective is to study the thermal biology of dragonfly and mosquito larvae in the context of
communities: how different species respond to environmental changes across the seasons?
How climate change impacts the intensity of the interaction between species in the aquatic
system? To this aim, we will determine for each species their thermal preferences, their
critical temperatures and the physiological responses to temperature and dissolved O2, as well
as the conditions they actually experience in the field. Finally, the Thesis will develop
experimental biotests to quantify the effects of temperature/dissolved O2 variations on the
interaction strength between predators and their prey.
The Thesis will be supported by the project PROTECTODO (Région Centre research
program). The student will interact with a research assistant on the project and with the
naturalist association ANEPE Caudalis. The studies of mosquito biology will benefit from the
interaction with competent specialists (IRD, Pasteur Institute) and will complement a project
to be submitted soon to the Région Centre. The equipment has been or will be acquired early
2017, allowing the student to be immediately operational. The student will be trained in the
methods and concepts of thermal biology, applied to the aquatic insect model, leading to a
specialist on the thermal ecology of aquatic macro-invertebrates. Field work will complete the
training and feed laboratory manipulations in terms of thermal realism. The Thesis will be
placed at the interface between basic and applied research.
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