Mathieu Denoël – Principales thématiques de recherches

 

Nos recherches visent à déterminer les caractéristiques et plus particulièrement les déterminismes des patrons de diversité chez les amphibiens en fonction des changements environnementaux. Un intérêt spécifique est porté à la plasticité phénotypique et aux polyphénismes, telle la pédomorphose facultative (maintien des branchies à l’état adulte versus métamorphose). Nous caractérisons ainsi les avantages de la vie aquatique et terrestre en lien avec l’évolution des cycles de vie simple et complexe. L’approche est pluri-disciplinaire en écologie comportementale et évolutive mais aussi en écologie du paysage, démographie et dynamique des populations, biogéographie, morphologie et génétique. L’étude englobe des expériences de laboratoire en conditions contrôlées et des observations et des prélèvements de terrain dans une large gamme d’habitats et de régions géographiques. Enfin, outre une finalité en sciences fondamentales, ces recherches sont orientées en biologie de la conservation afin d’expliquer l’adaptation et le déclin des amphibiens au niveau inter et intraspécifique. Dans ce cadre, nous ciblons les effets du changement climatique (disponibilité en eau) et de l’introduction des espèces invasives (introductions de poissons et de grenouilles en particulier).

Principales espèces étudiées: Ambystoma tigrinum, Anguilla anguilla, Calotriton asper, Carassius auratus, Ceratophrys stolzmanni, Ichthyosaura alpestris, Lissotriton graecus, Lissotriton helveticus, Lissotriton vulgaris, Pelobates fuscus, Pelobates syriacus, Rana temporaria, Pelophylax ridibundus, Salamandra salamandra, Triturus cristatus, Triturus marmoratus.

Déterminisme génétique et environnemental de la métamorphose

La métamorphose est un processus développemental ayant une base génétique et environnementale. Au travers d’expériences en environnement contrôlé, nous étudions les déterminants de la métamorphose des larves et des adultes (pédomorphes). Nous testons les facteurs environnementaux qui sont supposés avoir forgés l’évolution même de la métamorphose et de la pédomorphose, tels l’assèchement (disponibilité en eau, température), la présence d’un risque de prédation (poissons) et la densité et déterminons le coût direct de la métamorphose. Enfin, au travers d’analyses génétiques, notamment en transcriptomique, en lien avec des expériences de laboratoire, nous identifions l’expression de gènes clés et leurs voies de régulation.

Mécanismes de coexistence par partage des ressources trophiques

A l’aide de techniques traditionnelles (vidange stomacale) et modernes (isotopes stables), nous caractérisons les réseaux trophiques depuis les producteurs jusqu’aux top-prédateurs, les tritons en particulier. Nous testons ainsi des hypothèses sur l’importance du partage des ressources trophiques pour la coexistence des espèces et plus particulièrement des formes alternatives. En effet, la pédomorphose facultative est un polyphénisme trophique qui permet une utilisation optimale des ressources trophiques. Outre une approche in situ, des expériences sur les performances trophiques sont réalisées en laboratoire.

Importance du sexe et sélection sexuelle

Comprendre le succès des polymorphismes, telle la pédomorphose facultative, implique de prendre en considération le succès des formes alternatives en terme de sélection sexuelle. Ainsi, au travers d’expériences en microcosme et mésocosme, nous déterminons la morphologie (caractères sexuels secondaires), le comportement de cour et la valeur sélective des phénotypes alternatifs. Nous intégrons également la dimension environnementale pour comprendre les tactiques alternatives exhibées et leur succès selon les conditions environnementales.

D’un autre côté, nous testons l’effet du sexe sur le maintien des polymorphismes via des avantages et inconvénients spécifiques à chaque sexe.  En particulier, nous étudions les différences de réponses, métamorphiques notamment, entre les sexes au travers d’expériences de laboratoire et de suivis des populations de tritons pédomorphes et métamorphes. Enfin, nous analysons l’étendue, la direction et les causes du dimorphisme sexuel.

Biogéographie et perte de diversité

Nous menons différents projets de cartographie (étude des répartitions) et de suivis à long terme des populations d’amphibiens tant au niveau global européen que local. Ces analyses permettent de caractériser la biodiversité et son érosion au travers d’estimations de son déclin. Nous portons un intérêt particulier aux hotspots de diversité intraspécifique, c’est-à-dire aux entités géographiques où prédominent des phénotypes rares, tels les pédomorphes dans le hotspot méditerranéen.

Déterminants écologiques de la répartition des espèces à l’échelle du paysage

La répartition d’organismes tels les amphibiens est tributaire de divers facteurs environnementaux, lesquels subissent des changements dont la vitesse ne cesse de s’accroitre. Nous intégrons ainsi différentes couches d’informations à l’échelle du paysage, du climat mais aussi du site de reproduction dans des analyses multivariées, en bénéficiant des dernières innovations statistiques en écologie spatiale numérique. Ces informations permettent de caractériser le succès des amphibiens sous différents environnements mais également d’identifier les variables environnementales favorisant les cycles de vie simple, entièrement aquatiques (pédomorphose) et complexe (métamorphose). Ce volet est ainsi à l’interface entre écologie évolutive et biologie de la conservation.

Ecologie du mouvement et de la dispersion

Nous employons différentes techniques de marquage, y compris via des technologies de télémétrie RFID (transpondeurs), afin d’assurer un suivi individuel des organismes dans l’environnement naturel. Les résultats nous permettent de caractériser la démographie et la dynamique des populations des espèces concernées et de déterminer les habitats aquatiques et terrestres exploités par les individus au cours de leur vie. D’autre part, nous caractérisons les traits de personnalité au travers des stratégies de dispersion. Enfin, l’étude des avantages de la dispersion chez des phénotypes métamorphosés permet de comprendre les avantages de la métamorphose vis-à-vis d’une philopatrie obligatoire chez les phénotypes aquatiques (les pédomorphes).

Répartition et influence des espèces invasives en milieu aquatique

Nous étudions en particulier l’effet de l’introduction de poissons sur la répartition et le déclin des tritons et des formes alternatives particulièrement sensibles (les pédomorphes, présents à l’eau toute l’année étant donné la rétention de leurs branchies) par des études in situ. Nous nous intéressons également aux facultés d’adaptation d’espèces d’amphibiens invasives. Afin de déterminer les mécanismes par lesquels les espèces introduites peuvent s’avérer néfastes aux communautés natives, nous réalisons des études des réseaux trophiques et réalisons des études expérimentales sur la réponse comportementale des tritons (choix de micro-habitats et conséquences sur le succès individuel) et comparons la réponse des tritons pédomorphes et métamorphes face à un risque de prédation.

Patrons de développement

Au travers d’études squeletochronologiques (détermination de l’âge), de mesures morphologiques internes et externes et de suivis in situ, nous caractérisons les patrons de développement des phénotypes alternatifs (par exemple, néoténie versus progenèse). Nous rendons dès lors compte des adaptations développementales selon les avantages et les contraintes des habitats.

Génétique des populations et phylogéographie

A l’aide de divers marqueurs génétiques (microsatellites,  ADN mithocondrial, SNPs), nous caractérisons la structuration des populations, les patrons phylogeographiques et nous quantifions les flux de gènes entre les populations en fonction des paysages. Nous visons ainsi à identifier des clades et unités évolutives significatives, point essentiel en biologie de la conservation. En particulier, nous ciblons les populations de tritons pédomorphes. D’un autre côté, l’approche génétique nous permet d’identifier les espèces invasives et leur introgression (en particulier dans le cas des grenouilles hybridogénétiques).

Développement de marqueurs comportementaux : vidéo-tracking

Nous utilisons et développons différentes techniques éthométriques afin de quantifier la réponse comportementale des amphibiens et des poissons dans des contextes environnementaux variés. En particulier, nous privilégions les procédures automatisées, tel le video-tracking qui permet de suivre automatiquement, en condition expérimentale, des individus isolés ou en groupe. Nous pouvons dès lors quantifier précisément des comportements dans le temps et dans l’espace en obtenant des mesures de déplacement et de vitesse. D’autre part, nous quantifions également les séquences de comportements complexes via des approches numériques. Pour ces différents volets, nous utilisons notamment les derniers logiciels de chez Noldus (EthoVision et Observer).

Autres recherches

Nous abordons également d’autres thématiques de recherches sur d’autres organismes, tels les poissons et les reptiles. Ainsi, nous étudions aussi les mécanismes épigénétiques et les maladies émergentes.

Plusieurs de nos recherches multi-disciplinaires, en génétique notamment, sont rendues possibles au travers de collaborations locales et internationales.