équipe BioME

équipe BIODIVERSITÉ, MACROÉCOLOGIE, ÉVOLUTION

Responsable : Sophie Montuire

 

Personnels (novembre 2016)

Personnel de recherche permanent

Postdoctorants, ATER et IR

Étudiants en thèse

  • Margot Bernardi
  • Gwenaël Caravaca
  • Salomé Fabri-Ruiz
  • Romain Jattiot
  • Cédric Lippens
  • Axelle Zacaï

Personnel technique permanent

  • Rémi Laffont, ingénieur d'études CNRS
  • Jean-Emmanuel Rollin, adjoint technique uB
  • Jérôme Thomas, ingénieur d’études uB
  • Émilie Steimetz, technicienne uB

Personnel technique contractuel

  • Jérémy Deroire
  • Anthony Ollivier, technicien CNRS
  • Benjamin Pierrat, ingénieur d’études uB
  • Harmonie Staebler, technicienne uB

 

Recherches

Les problématiques de l’équipe BioME portent sur la compréhension de la structuration de la biodiversité, son maintien, sa caractérisation face à des perturbations biotiques ou abiotiques. Les contraintes et pressions de sélection sont abordées à toutes les échelles du vivant grâce à un couplage actuel-fossile renforcé avec un continuum depuis l’échelle individuelle, la population, les communautés et les niveaux supra-spécifiques.

L’équipe poursuit une volonté forte de fédérer des recherches autour des questions liées à la biodiversité, qu’elle soit morphologique, taxonomique ou génétique. Elle se structure en quatre axes thématiques : (1) biominéralisation, (2) émergence et structuration des phénotypes, (3) évolution des traits d’histoire de vie et (4) macroécologie.

 

Axe « biominéralisation » (responsable : Frédéric Marin)

Cet axe a trait aux biominéralisations carbonatées produites par les métazoaires, en particulier, aux structures de protection et de soutien (exosquelettes). Les recherches se focalisent principalement sur les matrices organiques associées aux biominéraux, tout en considérant également les caractéristiques de la phase minérale (polymorphe, microstructure). Les recherches donnent lieu à 3 questionnements scientifiques :

1) Quels sont les mécanismes moléculaires de formation des minéraux carbonatés ? La matrice organique glycoprotéique associée aux biominéraux contrôle leur mise en place et peut être considérée à juste titre comme la ‘boîte à outils moléculaire’ pour la minéralisation. Or, jusqu’à récemment, cette matrice organique était une véritable « boîte noire ». En utilisant une approche protéomique, seule ou couplée à des interrogations de bases de données d’EST (Expressed Sequence Tag), nous avons identifié de très nombreuses protéines minéralisantes associées aux coquilles de mollusques, aux exosquelettes de coraux, ou aux squelettes mésodermiques d’oursins. Ces protéines offrent une variété de structures et de fonctions considérable, qui nous oblige à repenser les modèles moléculaires de biominéralisation en vigueur jusqu’à maintenant. Les recherches sur les mécanismes moléculaires peuvent aussi s’appliquer aux cas particuliers de stress temporaires (réparation coquillière chez les mollusques) ou de stress permanents associés à la modification de paramètres environnementaux (acidification des océans).

2) Comment les biominéralisations carbonatées se sont-elles mises en place à l’aube des temps Cambriens ? Nos recherches protéomiques sur les matrices calcifiantes permettent de dégager de grandes tendances évolutives, de phylum à phylum, ou à l’intérieur d’un phylum, de classe à classe (notamment chez les mollusques). Les matrices calcifiantes semblent avoir une grande « évolvabilité ». Certaines fonctions moléculaires sont conservées, d’autres semblent être apparues ‘ex nihilo’ dans chaque groupe considéré. Le schéma macro-évolutif suggéré par nos données correspond, pour une faible part, à un héritage de fonctions anciennes, antédatant l’apparition de la biominéralisation, mais surtout à des évolutions indépendantes entre phylums, et peut-être même à des niveaux taxonomiques inférieurs.

3) Comment les matrices calcifiantes évoluent-elles au cours de la diagenèse ? Avec l’accroissement exponentiel des données de séquences, des réponses à cette question peuvent enfin être données, par l’analyse protéomique d’échantillons fossiles et sub-fossiles, et par des expériences de simulation de diagenèse en laboratoire.

 

Axe « émergence et structuration des phénotypes » (responsable : Paul Alibert)

À une échelle microévolutive, le défi est de déterminer quel est le lien entre la différenciation génétique et la différenciation phénotypique, et de façon plus fine, comment les processus développementaux structurent la transformation de la variation génétique et des effets environnementaux en variation phénotypique. A cette échelle, doivent être également abordées les relations étroites « forme-environnement » par le biais d’études de morphologie fonctionnelle. À l’échelle macroévolutive, l’émergence des grands plans d’organisation, la structuration des espaces morphologiques, la dimension temporelle du développement pour la compréhension des divergences entre espèces, ou encore l’étude des contraintes de développement sont autant de questions qui touchent la structuration des phénotypes.

Trois thématiques sont abordées :

1) Les modalités de mise en place de la différenciation : si le rôle de la sélection divergente liée aux facteurs écologiques et le fait que la spéciation puisse se produire rapidement et sans isolement sont des idées aujourd’hui largement acceptées, l’implication de facteurs potentiellement importants tels que le flux génique ou la valeur sélective des hybrides reste à être analysée.

2) Variation phénotypique et stabilité de développement : aucun processus de développement n’est parfait, et en conséquence, la variation phénotypique ne s’exprime pas qu’entre les individus mais également au sein des individus. Elle peut être utilisée comme témoin des stress environnementaux ou génétiques subit par les individus au cours de leur ontogénie. Cette variation intra-individuelle peut être indirectement appréciée par la quantification des variations entre structures homologues répétées et notamment par l’asymétrie fluctuante.

3) Modularité et contraintes morphologiques : un aspect supplémentaire de l’étude des processus limitant et structurant la variation phénotypique concerne le degré de dépendance (et d’indépendance) des différentes parties d’une structure morphologique complexe. L’étude de la modularité est présentée comme un pont possible entre les approches fonctionnelles et celles d’évo-dévo.

 

Axe « évolution des traits d’histoire de vie » (responsable : Gabriele Sorci)

La diversité du vivant peut être caractérisée à de nombreux niveaux d’analyses, la diversité spécifique et la diversité génétique au sein d’une espèce étant deux de ces niveaux, et elle peut être explorée sur de très nombreux traits. Les stratégies démographiques adoptées par les organismes présentent un degré de diversité remarquable. L’objectif de cet axe est de comprendre les forces évolutives (naturelles et anthropiques) ayant généré cette diversité et qui permettent de la maintenir. Quatre thèmes principaux seront abordés :

1) Evolution de la sénescence : la sénescence peut être définie comme une détérioration des principales fonctions vitales avec l’âge et son évolution procède du compromis entre forces sélectives et contraintes. Ce thème sera traité sous l’angle de la régulation de la réponse inflammatoire.

2) Evolution expérimentale de la virulence parasitaire et de la régulation immunitaire: les stratégies employées par les pathogènes pour exploiter leurs hôtes montrent une très large gamme de diversité. La virulence peut varier selon un gradient de sévérité en fonction de l’intensité des forces sélectives. Quel est alors le rôle joué par les défenses immunitaires de l’hôte (leur activation et leur régulation) dans l’évolution de la virulence ?

3) Evolution de la diversité au sein des interactions entre organismes : l’objectif est d’étudier le lien entre la diversité existant chez plusieurs organismes et les interactions auxquelles ils sont soumis, comme par exemple la coévolution hôte-parasite, ou encore la formation des couples au moment de la reproduction.

4) Diversité biologique et anthropisation de l'habitat : il s'agit d'étudier les effets de deux composantes majeures de l'anthropisation (urbanisation et fragmentation) sur différents niveaux de la diversité (populations/communautés, génétique/phénotypique...)

5) Sélection sexuelle et dynamique des communautés : chez les espèces à reproduction sexuée, la sélection sexuelle peut être considérée comme un puissant moteur d’innovation biologique. Mais l’idée que les espèces soumises à des pressions de sélection sexuelle intenses puissent être plus vulnérables a été proposée. Les registres fossiles fournissent la possibilité de tester cette hypothèse et ainsi la dynamique de spéciation/extinction au sein d’assemblages de mollusques céphalopodes caractérisés par un degré variable de dimorphisme sexuel sera analysée.

 

Axe « macroécologie » (responsable : Emmanuel Fara)

L’objectif de cet axe est de déterminer les mécanismes structurant la biodiversité actuelle et passée, ainsi que les échelles spatiales et temporelles au niveau desquelles ces processus interviennent. L’analyse des changements de paléobiodiversité en lien avec des fluctuations paléoenvironnementales permet aussi de replacer dans une perspective historique les nombreuses interrogations scientifiques et sociétales sur le changement global actuel. Ces questionnements concernent tout particulièrement la distribution géographique des espèces, les probabilités d’apparition et d’extinction, ainsi que la structuration des communautés en relation avec les traits d’histoire de vie et différents paramètres environnementaux. Ces questionnements appartiennent donc au grand domaine de la macroécologie. De plus, un intérêt grandissant se fait sentir pour les mesures phylogénétiques de la biodiversité car elles apportent un nouvel éclairage sur la dynamique des communautés biologiques.

À partir de données actuelles et fossiles, l’axe est structuré en différentes questions à l’interface de la paléontologie, de l’écologie et de la biologie évolutive :

1) Quels sont les mécanismes et les facteurs déterminant la cinétique de la biodiversité lors des périodes majeures de diversification et d’extinction ?

2) Quels sont les facteurs structurant spatialement et phylogénétiquement les communautés biologiques ?

3) Au sein des communautés, quels sont les liens entretenus entre les diversités phylogénétique, taxinomique et morphologique lors de grands changements environnementaux ?

Ces activités de recherche reposent essentiellement sur l’étude d’assemblages de mollusques et d’échinodermes fossiles du Mésozoïque et du Cénozoïque, mais aussi sur des faunes actuelles d’échinides antarctiques.