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Biologie
/ 19-03-2014
Givaudan Nicolas
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Ce travail de thèse a cherché à déterminer si la contamination résiduelle à long terme des sols agricoles par les pesticides induit le développement de mécanismes d’adaptation aux pesticides chez les vers de terre. Il a aussi visé à identifier les coûts potentiels de l’adaptation de l’échelle de l’individu à celle de la population, et les conséquences pour l’écosystème sol. Une contamination résiduelle du sol par les pesticides est mesurée et comparée dans trois champs cultivés en agriculture conventionnelle (classés en fonction de l’historique cultural comme « haut », « moyen » et « bas » niveaux d’intrants), un champ cultivé en agriculture biologique et une prairie permanente biologique, tous dans ce type de management agricole depuis plus de 20 ans. En utilisant une méthode d’extraction des pesticides en milieu aqueux (représentant la fraction « biodisponible » des pesticides), 6, 8 et 4 résidus de pesticides sont détectés dans les champs à « haut », « moyen », et « bas » niveaux d’applications, respectivement, et un seul pesticide dans le sol du champ biologique (un résidu d’atrazine potentiellement vieux de plus de 20 ans). Les deux espèces endogées Allolobophora chlorotica et Aporrectodea caliginosa , communnes dans les sols des 5 champs,- mis à part A. chlorotica qui est absente du champ cultivé en agriculture biologique-, ont servi de modèles biologiques d’étude. Les stratégies d’adaptation aux pesticides sont étudiées en comparant les réponses de ces populations de vers de terre sur le terrain et après des expositions aux pesticides en laboratoire. Les réponses mesurées s’étendent de l’échelle moléculaire (enzymes de biotransformation et du stress oxidatif), biochimique (ressources énergétiques), métabolique (taux de respiration, métabolomique) à l’échelle de l’individu (biomasse, longueur) et de la population (traits de vie des cocons et des juvéniles), et aux possibles conséquences pour l’écosystème sol en termes de bioturbation (creusement et ingestion de sol) et de dissipation des pesticides comme service ecosystémique. Une capacité de détoxification augmentée et un plus grand potentiel anti-oxidant sont observés le long du gradient de contamination du sol et en laboratoire après exposition des vers de terre des champs conventionnel (population « pré-exposée ») et biologique (« naïve) à des pesticides. Des demandes énergétiques et des réarrangements métaboliques différents sont observés dans les deux populations, et sont plus prononcés chez la population pré-exposée. Une adaptation physiologique est démontrée chez les animaux pré-exposés, qui est associée à une ’augmentation de la bioturbation, et en cascade à une dissipation du pesticide dans le sol. Les conséquences au niveau de la population sont étudiées en termes de traits d’histoire de vie des deux populations pré-exposées et naïves. Le management en conventionnel incluant l’utilisation de pesticides semble diminuer le poids des adultes au champ, et implique potentiellement la réallocation des ressources énergétiques, des mécanismes reproductifs vers les processus métaboliques. Ceci aboutit à une diminution de la fécondité et du pourcentage d’éclosion et pourrait être un facteur participant à la diminution des populations de vers de terre dans les champs cultivés avec utilisation de produits phytosanitaires.
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Sciences de la terre et de l'environnement
/ 02-06-2023
Chen Chen
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Les antibiotiques sont devenus omniprésents dans l'environnement en raison de leur utilisation généralisée en médecine humaine et vétérinaire, ainsi qu'en agriculture. Ces composés peuvent persister dans les sédiments pendant de longues périodes, impactant potentiellement les processus microbiens et le fonctionnement des écosystèmes. Cependant, les effets des polluants antibiotiques sur les bactéries peuvent être atténués par des minéraux naturels, tels que les oxydes de manganèse. Par conséquent, cette thèse se concentre sur les effets des antibiotiques sur les bactéries et les processus de dénitrification dans les écosystèmes sédimentaires fluviaux, en mettant l'accent sur l'interaction entre les antibiotiques, les minéraux et les bactéries. Dans la première partie, la résistance aux antibiotiques d'une bactérie dénitrifiante non pathogène, Pseudomonas veronii, a été étudiée ainsi que l’effet de plusieurs antibiotiques représentatifs sur son activité dénitrifiante. Dans la deuxième partie, les mécanismes de transformation de la ciprofloxacine et de la tétracycline par un minéral commun du sol, la birnessite (MnO2), ont été étudiés pour déterminer les effets des sous-produits de transformation sur la croissance et l'activité de la mêmee bactérie dénitrifiante. La troisième partie s'est concentrée sur le transport de la ciprofloxacine et de la tétracycline dans les sédiments de l'estuaire de la Seine (France), dans des conditions de réduction de nitrate. Ces résultats améliorent notre compréhension de l'activité antimicrobienne et de la toxicité des antibiotiques et de leurs sous-produits d'oxydation, en particulier contre les bactéries environnementales, ce qui a des implications importantes pour l'agriculture durable, la gestion de la qualité de l'eau et des sédiments, et les cycles biogéochimiques globaux.
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Ecologie, évolution
/ 12-03-2021
Hervé Morgane
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Comprendre la façon dont les agriculteurs prennent en compte les organismes des sols semble nécessaire si l’on souhaite développer des politiques préservant la biodiversité des sols dans les activités agricoles. L'épistémologie pragmatiste conçoit les valeurs comme ce qui compte en pratique pour les individus et les collectifs. Cette thèse vise ainsi à caractériser les valeurs associées aux sols et à leurs organismes par les agriculteurs européens, à déterminer les conditions de leur formation, et à étudier la publicisation des enjeux de préservation de la biodiversité du sol en agriculture. Des entretiens et une analyse de littérature ont démontré la pluralité de valeurs en jeu dans les décisions de gestion des sols des agriculteurs européens. Les situations d’évaluations, liées aux caractéristiques territoriales locales rendent ces valeurs dynamiques dans le temps et l’espace. La mobilisation du concept de « Milieu Valuateur » a permis de souligner l'importance des dispositifs de partage d’expérimentations et de débats dans la formation de valeurs, participant à légitimer les pratiques. De multiples sources peuvent transférer des connaissances sur la biodiversité du sol, bien que souvent le sujet reste marginal et ne lie que peu biodiversité des sols et pratiques de gestion. Envisager les processus de valuation comme dynamiques offre la possibilité d’interroger et de remettre en question la façon dont la vie souterraine est considérée. La formation de valeurs associées à la vie des sols nécessite des espaces où un public peut se constituer pour débattre collectivement de ce qui est attendu du et pour le sol et la diversité
des organismes qui s’y trouvent.
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Ecologie, évolution
/ 25-10-2021
Engell Dahl Bjorge Julie
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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.
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Biologie
/ 27-11-2017
Mas Alix
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L'évolution est-elle prédictible? Alors que la réponse habituelle est un non presque unanime, un corpus croissant de connaissances suggère qu'il est temps de revoir cette réponse. Même si les mutations sont toujours considérées comme aléatoires, la détection de patterns génétiques sous-jacents aux événements évolutifs ouvre la porte sur des stratégies potentielles permettant de prévoir les trajectoires évolutives suivies par les organismes lorsqu'ils s'adaptent à des contraintes changeantes. Quand les organismes subissent une spécialisation fonctionnelle (à travers la perte de gènes et de fonctions) pour s'adapter à des signaux environnementaux donnés, les trajectoires évolutives possibles qu'ils peuvent emprunter sont restreintes et devraient donc être plus facilement prévisibles. Dans ce contexte d'évolution réductive par spécialisation, les objectifs de cette thèse sont de mieux comprendre l'interaction entre contraintes environnementales, métabolisme, évolution génétique et adaptations fonctionnelles, et dans un deuxième temps de prédire, pour des contraintes données, les trajectoires évolutives qui seront suivies par les organismes pour s'adapter à ces contraintes. Une première approche met l'accent sur l'importance des interactions biotiques en tant que déterminants des trajectoires évolutives, et comment, en modélisant une hausse bénéfique de dépendance envers un bien commun, il est possible de prédire la dynamique d'une population subissant de tels évènements évolutifs. Une deuxième approche étudie comment les changements observés au niveau métabolique et fonctionnel et engendrés par des modifications de contraintes environnementales pourraient être prévus et testés. Sur la base d'une vision centrée sur le métabolisme, des travaux de modélisation et des travaux d’expérimentions ont été combinés pour étudier l'évolution de la spécialisation aux niveaux génétiques, métaboliques et fonctionnels. Nous montrons que les trajectoires évolutives suivies peuvent-être partiellement prédites en fonction de conditions environnementales spécifiques, mais que ces prédictions sont limitées en raison de la complexité du réseau de l'expression génétique. Ce travail exploratoire et interdisciplinaire augmente les connaissances sur les déterminants évolutifs et les trajectoires suivies par l'organisme au cours d’un phénomène de spécialisation. Il démontre également un grand potentiel de prédiction, notamment grâce à une perception métabolique des systèmes.
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Écologie, évolution
/ 08-12-2021
Mataigne Victor
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Les communautés microbiennes forment un réseau complexe d’interactions entre organismes, qui façonnent leur structure. Parmi ces interactions, les échanges de métabolites entre organismes, nommés ‘cross-feeding’, sont considérés comme fréquents et importants. Ces échanges peuvent être prédits in silico avec des réseaux métaboliques inférés à partir de génomes. Ces modèles sont intégrés dans un cadre de travail nommé ‘microbial system ecology’, qui rassemble plusieurs méthodes de modélisation ainsi que leur validation expérimentale, à différentes échelles d’étude. Dans cette thèse, nous avons utilisé ce cadre pour prédire de nombreuses et hypothétiques associations de bactéries du microbiote racinaire d’Arabidopsis thaliana permettant le production de métabolites non productibles par des bactéries seules. Nous avons également modélisé l’impact des nutriments disponibles dans le milieu, et prédit que ces contraintes nutritionnelles sont largement compensées par des comportements de cross-feeding. En parallèle, nous avons également utilisé des métriques simples pour corréler le potentiel de cross-feeding et de compétition avec le métabolisme des bactéries et leur distance phylogénétique. Ces métriques ont été testées expérimentalement avec un ensemble de petites communautés synthétiques. La compétition semblait dominer dans la plupart des communautés, mais a été déterminée comme étant plus faible dnas les communautés abritant des souches à métabolisme différent. Nous avons identifié quelques bactéries profitant des exsudats d’autres espèces, particulièrement une Achromobacter sp. Finalement, les résultats suggèrent que le cross-feeding est courant mais potentiellement masqué par de la forte compétition lorsque des bactéries sont en contact.
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Biochimie, biologie moléculaire et cellulaire
/ 17-12-2019
Bojadzija Savic Gorenka
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Il n'est pas clair si la présence de zooplancton a un impact sur la production de métabolites secondaires chez les cyanobactéries, le stress oxydatif et la physiologie des cyanobactéries. Le zooplancton est capable de développer une tolérance en tant que réponse physiologique aux cyanobactéries et à leurs composés bioactifs, grâce à des mécanismes tels que l'augmentation de l'activité des enzymes antioxydants de stress et des enzymes de détoxification. Cependant, cela s'accompagne d'un coût énergétique qui, à son tour, influence les traits de vie des daphnies et peut nuire à leurs populations. L'objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre la complexité de la co-acclimatation et de la coexistence mutuelle entre daphnies et cyanobactéries. Nous émettons l'hypothèse que : a) la présence de D. magna induira un mécanisme de défense chez M. aeruginosa par la production de composés bioactifs spécifiques et affectera sa physiologie et b) la présence de M. aeruginosa affectera les réponses physiologiques et les traits de vie chez D. magna. Afin de déconvoluer les interactions mutuelles, M. aeruginosa a été exposé à du filtrat de D. magna, et vice-versa, D. magna a été exposé à du filtrat de M. aeruginosa. Des interactions mutuelles entre M. aeruginosa et D.magna ont été observées dans une chambre de co-culture spécialement construite pour permettre l'échange des métabolites au travers d’une membrane de 0.2 μm sans contact direct entre les organismes. La croissance, l'activité photosynthétique, les ROS et la dynamique des métabolites secondaires intracellulaires et extracellulaires ont été suivis chez M. aeruginosa en présence de daphnies. Parallèlement, des réponses physiologiques et des réponses aux traits de vie de Daphnia ont été suivies, y compris la survie, le stress oxydatif, la biotransformation et la répartition de l'énergie en présence de M. aeruginosa. Les résultats ont montré que le filtrat de Daphnia avait un impact sur la physiologie des cyanobactéries et leur stress oxydatif, mais que la réponse dépendait du type d'exposition, des densités initiales et de la concentration des composés info-chimiques de Daphnia dans le filtrat. La souche M. aeruginosa, qui ne produit pas de microcystin (MC-) a mieux résisté au stress causé par le filtrat de D. magna, que la souche M. aeruginosa qui produit de la microcystin (MC+). Dans l’expérience de co-culture, la souche toxique (MC+) a réussi à s’acclimater aux composés de daphnies diffusant progressivement à travers la membrane. De plus, des concentrations extracellulaires élevées de MC-LR (en co-culture) et de Cyanopeptolin A (expérience de filtrat de Daphnia) pourraient jouer un rôle anti prédation, mais d'autres recherches sont nécessaires pour confirmer cette fonction. M. aeruginosa a affecté négativement la survie de la daphnie dans toutes les configurations d'exposition. La diminution de l'activité de la CAT, de la SOD et de la GST suggère l'épuisement enzymatique dû à la présence de MC-LR et d'autres composés dans le milieu lors de l’exposition en co-culture ou de l’exposition du filtrat de la souche toxique de M. aeruginosa. De plus, dans les deux types de setups expérimentaux, la diminution des paramètres énergétiques chez la Daphnie suggère une allocation d'énergie vers des mécanismes de réponse au stress qui n'ont pas été observés dans cette étude.
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Biologie
/ 20-12-2017
Alberto Diana
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Les herbicides sont des polluants suscitant de grandes inquiétudes en raison de leur ubiquité environnementale résultant de leur usage intensif dans l’agriculture moderne et de leur persistance dans les sols et les eaux. Les herbicides peuvent être dégradés par des microorganismes, des plantes ou d’autres processus naturels, produisant alors une vaste gamme de métabolites dont l’impact sur les écosystèmes reste méconnu. Dans un contexte d’évaluation des risques environnementaux, l’étude de la réponse des plantes à des mélanges complexes de xénobiotiques est importante pour estimer les effets des contaminations, notamment dans le cas de pollution résiduelle. Afin d’étudier l’impact de cette diversité de polluants, les mécanismes de réponse et les cibles impliquées, la plante modèle Arabidopsis thaliana a été confrontée à des doses variables de molécules de la famille des triazines constituant une série chimique cohérente : atrazine, herbicide encore largement utilisé au niveau mondial, déséthylatrazine, métabolite chloré de l’atrazine, et hydroxyatrazine, métabolite de déchloration de l’atrazine. Ce travail montre que l’exposition de courte durée à des doses variables d’atrazine, de déséthylatrazine et d’hydroxyatrazine, au niveau racinaire, affecte de manière spécifique et dose-dépendante la croissance précoce et le développement de la plante. La caractérisation d’effets directs et multiples sur la respiration et la croissance racinaire a permis de révéler des mécanismes d’action non-canoniques, distincts de l’action classiquement décrite des triazines sur le photosystème II. Afin d’identifier ces mécanismes, activés en absence de dommages cellulaires, une analyse transcriptomique au niveau du génome entier a été effectuée. Les trois triazines induisent des changements coordonnés et spécifiques dans l’expression des gènes. L’analyse fonctionnelle des gènes différentiellement exprimés et de leur promoteur révèle que les voies de signalisation liées à la fois aux hormones végétales, à la perception de faibles niveaux d’énergie, aux stress environnementaux ainsi qu’aux interactions biotiques sont impliquées dans la réponse aux faibles doses de triazines. Les triazines affectent, en particulier, l’expression de gènes connus pour être régulés par les cytokinines. De manière intéressante, cette famille d’hormones végétales montre des caractéristiques chimiques similaires à celles des triazines. Des études développementales utilisant différentes modalités d’exposition aux triazines et aux cytokinines ont alors été effectuées sur des génotypes sauvages et sur des mutants de la voie de signalisation des cytokinines. L’identification d’interactions spécifiques entre les triazines et les composants de la signalisation des cytokinines a alors mis en évidence des mécanismes potentiels de compétition et/ou d’antagonisme. La caractérisation de ces perturbations au niveau de la transduction du signal pourra permettre à terme d’évaluer l’efficacité des herbicides sur les cultures ainsi que l’impact des contaminations xénobiotiques sur les communautés végétales naturelles. Enfin, l’identification des interactions entre stress xénobiotique, biotique et abiotique approfondira les connaissances sur les effets croisés de la pollution chimique et des stress liés au changement climatique.
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Écologie, évolution
/ 03-12-2021
Privet Kaïna
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Comprendre leurs origines est l'un des principaux défis de l'écologie moderne. En particulier, les milieux tropicaux sont les écosystèmes terrestres les plus riches en espèces et parmi les moins bien connus. Les araignées constituent un groupe modèle pertinent en écologie, car elles sont abondantes et diverses, avec une grande importance écologique, et dont l'étude devrait permettre de mieux comprendre les processus responsables des patterns de diversité. Nous avons étudié les patterns de diversité et les processus responsables des assemblages d'araignées dans les forêts Néotropicales et dans l'archipel d'Hawaï en utilisant un ensemble d'approches complémentaires (basées sur les taxons, les traits, les unités évolutives). En raison du manque de connaissances sur l'échantillonnage et la diversité des araignées tropicales, nous avons testé et comparé différentes méthodes d'échantillonnage et protocoles standardisés en nous concentrant sur différentes strates de végétation. Nous avons développé une base de données morpho-espèces pour pallier le manque de connaissances taxonomiques. Nous avons étudié un ensemble de traits (taille du corps, longueur des pattes et guildes de chasse) afin de tester leur caractère informatif pour les assemblages tropicaux. Enfin, nous avons déterminé des unités évolutives pour étudier la diversité en appliquant une approche multilocus (mitochondriale et nucléaire) sur une grande collection d'araignées tropicales, pour lesquelles les connaissances taxonomiques sont incomplètes et problématiques. Nous avons montré que les paterns de diversité des taxons, des traits et des unités évolutives des araignées tropicales sont influencés par l'habitat, et que par conséquent le filtrage de l'habitat est crucial pour déterminer les assemblages de ces araignées. En outre, nous avons montré la nature dépendante du contexte et de l'échelle des patterns de diversité des araignées tropicales avec des variations des assemblages d'araignées tropicales à une échelle plus fine que celle des habitats. Dans l'ensemble, cela plaide pour davantage d'études de cas étudiant les patterns de diversité tropicaux à l'échelle des strates, des sous-structures de végétation et des conditions de micro-habitats, pour lesquels nous suggérons des axes de recherche.
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Biologie
/ 19-12-2016
Ouisse Tiphaine
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Le commerce mondial et les mouvements humains accroissent les probabilités de transport à longue distance de propagules, et leur introduction dans de nouvelles aires géographiques. Dans certains cas, des espèces récemment établies peuvent devenir dominantes dans la communauté envahie. Malgré les menaces sur les communautés natives et le fonctionnement des écosystèmes, les invasions biologiques constituent des expériences naturelles qui permettent d’étudier les processus éco-évolutifs en temps réel, notamment l’impact de nouvelles interactions biotiques sur la composition et la dynamique des communautés, l’adaptation rapide à de nouvelles conditions environnementales, ou la dispersion en limite de répartition. Les îles océaniques sont particulièrement sensibles aux invasions biologiques en raison de la faible diversité de leurs communautés natives. Dans les terres australes françaises, le carabique marcheur Merizodus soledadinus, natif de Patagonie, a été accidentellement introduit à Kerguelen en 1913. La présente étude vise à comprendre les principaux mécanismes à l’origine du succès invasif de cet insecte aux Iles Kerguelen. Un large ensemble de méthodes ont été utilisée pour explorer les traits écologiques de M. soledadinus, des populations à la molécule. Les analyses génétiques confortent l’hypothèse historique d’un unique évènement d’introduction dans un seul site des Iles Kerguelen. Les populations échantillonnées le long du gradient d’invasion ne montrent pas de structuration génétique. Les traits phénotypiques mesurés montrent une forte différentiation entre les individus selon le temps de résidence des populations, confirmant l’hypothèse de tri spatial des populations au cours de l’expansion géographique. Nous avons démontré que l’expansion géographique et la sélection d’habitats par M. soledadinus est principalement gouvernée par la disponibilité en eau, comme le suggère par la forte sensibilité des adultes au stress hydrique. En parallèle, la colonisation d’habitats en altitude dépend des conditions thermiques, qui semblent être contraignantes pour cet insecte à partir de 200m d’altitude. La colonisation d’habitats d’altitude progresse pourtant, probablement assistée par le changement climatique. Pour finir, les adultes M. soledadinus sont longévifs et actifs toute l’année. Les connaissances apportées sur l’écologie de M. soledadinus et sur la dynamique de son expansion géographique suggèrent la poursuite de la colonisation de l’archipel par ce prédateur. L’ensemble de ces connaissances pourraient être utiles à la paramétrisation d’un modèle d’expansion géographique, qui permettrait de définir les routes de dispersion et les taux d’expansion, dans l’objectif d’assister les mesures de gestion par les agents de la Réserve naturelle des Terres Australes et Antarctiques Françaises.
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