Mention Ecologie, Biodiversité et Evolution Proposition de stage de M2 recherche Année 2006/2007 Titre du stage : Analyse de la structure des réseaux trophiques : Approches topologiques et quantitatives sur des systèmes aquatiques. Laboratoires ou structures 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 UMR 7625 – Fonctionnement et évolution des Systèmes Ecologiques Ecole Normale Supérieure 46 rue d’Ulm 75230 Paris cedex 05 Intitulé de l’équipe : Eco-évolution mathématique Responsables du stage : Nom : LACROIX Gérard (UMR 7618) Tél : 01 44 32 38 82 Fax : 01 44 32 38 85 Email : [email protected] LEGENDRE Stéphane (UMR 7625) Tél : 01 44 32 37 01 Fax : 01 44 32 38 85 Email : [email protected] Références dans le domaine : Barrat, A., M. Barthélemy, R. Pastor-Satorras, and A. Vespignani. 2004. The architecture of complex weighted networks. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 101: 3747-3752. Berlow, E.L. et al. 2004. Interaction strengths in food webs : issues and opportunities. Journal of Animal Ecology 73: 585-598. Blüthgen, N. F., F. Menzel, and N. Blüthgen. 2006. Measuring specialization in species interaction networks. BMC Ecology 6: 12 pp. Emmerson, M.C., and D. raffaelli. 2004. Predator-prey body size, interaction strength and the stability of a real food web. Journal of Animal ecology 73: 399-409. Hulot, F. D., G. Lacroix, F. Lescher-Moutoué, and M. Loreau. 2000. Functional diversity governs ecosystem response to nutrient enrichment. Nature 405: 340-344. Proulx, S.R., D.E. Promislow, and P.C. Phillips. 2002. Network thinking in ecology and evolution. Trends in Ecology and Evolution 20: 345-353. Vazquez, D.P., W.F. Morris, and P. Jordano. 2005. Interaction frequency as a surrogate for the total effect of animal mutualists on plants. Ecology Letters 8: 1088-1094. Woodward, G. et al. 2005. Body size in ecological networks. Trends in Ecology and Evolution 20: 402-409. Wootton, J.T. and M. Emmerson. 2005. Measurement of interaction strength in nature. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 36: 419-444. Description du stage L'étude des réseaux trophiques sur la base de groupes fonctionnels a permis d’avancer considérablement dans la compréhension du fonctionnement des milieux aquatiques en permettant d’intégrer le rôle de la taille et de l’omnivorie au sein des communautés planctoniques et piscicoles. Cependant, ces études réalisées sur des réseaux fonctionnels très simplifiés sont rapidement limitées par la complexité des interactions trophiques en jeu, la richesse en espèces et la grande importance de l’omnivorie dans un grand nombre d’écosystèmes naturels. Dans ce cas, la séparation des espèces trophiques présentes en un faible nombre de groupes fonctionnels est susceptible de ne restituer que très imparfaitement la complexité des interactions au sein des peuplements. Une démarche alternative est de prendre en compte l'ensemble des espèces à travers une analyse topologique des réseaux basée sur l’existence ou non d’une relation mangeur - mangé entre les taxons pris deux à deux. Une telle démarche permet de dégager certaines caractéristiques structurales, comme la connectance, le degré d’omnivorie, la longueur des chaînes trophiques, ou la « compartimentalisation » des réseaux trophiques. Une limite claire de cette approche est liée à son caractère dichotomique. Lorsqu’ils existent, tous les liens trophiques sont considérés comme équivalents. Or, les réseaux trophiques réels sont caractérisés par un grand nombre d’interactions faibles et un faible nombre d’interactions fortes. Une alternative pourrait donc être de donner une probabilité d’occurrence ou un poids (nombre continu entre 0 ou 1) au lien trophique potentiel entre 2 espèces quelconques d’un réseau trophique. L’objectif du stage de Master proposé est de mettre en place les bases expérimentales d’une telle approche en milieux aquatiques. L’accent pourra être mis sur : (1) le rôle de la taille relative des organismes prédateurs et de leurs proies, (2) le comportement des prédateurs. Ainsi, on pourra comparer l’importance de certains modes de prédation caractéristiques (par exemple, « sit and wait » ou chasse à vue versus « active foraging » ou filtration peu sélective) sur la probabilité de consommation en fonction du rapport de taille [proie : prédateur]. L’utilisation des traits fonctionnels des espèces et de la taille relative [proie : prédateur] pourrait permettre de s’affranchir partiellement de la taxonomie des organismes. L’étudiant(e) profitera du cadre expérimental général fourni par des expériences à long terme actuellement en cours sur le rôle des poissons dans l’organisation générale des communautés (lac de Créteil, banlieue parisienne). En parallèle, le stagiaire initiera la construction des réseaux trophiques associés aux systèmes expérimentaux sur une base dichotomique ou pondérée. Il existe un programme d'analyse topologique des réseaux, créé par Stéphane Legendre au sein de l'UMR 7625. Ce logiciel permet d’étudier des réseaux trophiques existants ou construits par l’utilisateur selon certains critères. Les réseaux sont représentés par des graphes auxquels s’appliquent divers algorithmes de la théorie des graphes (composantes connexes, distribution des degrés des sommets, longueurs des chemins). La matrice du graphe peut être de type présence/absence, mais aussi contenir des valeurs quantifiant les interactions, ce qui ouvre la porte à d‘autres algorithmes (recherche de flot maximum, par exemple). L’étudiant(e) pourra s’il le désire intégrer des procédures à ce programme. Nous pourrons ainsi analyser quels sont les paramètres topologiques ou structuraux qui différencient les systèmes expérimentaux. Les positions trophiques déterminées à travers l’analyse des matrices de réseaux en 0 ou 1 (organisme mangé ou non mangé) pourront être comparées à celles déduites des matrices « quantitatives ou probabilistes » et celles, expérimentales, déduites de l’analyse des isotopes stables au sein des organismes (analyses isotopiques réalisées par ailleurs). Pour les stages de M2 Ce stage peut-il se poursuivre par une thèse : OUI