Ces travaux s’inscrivent dans une problématique actuelle de compréhension des effets, encore peu connus, des mélanges de pesticides dans le sol. Les formulations d’herbicides S-métolachlore (Dual Gold Safeneur®), mésotrione (Callisto®) et nicosulfuron (Milagro®) ont été appliquées en mélanges et à la dose agronomique recommandée. Les molécules formulées sont plus toxiques que les molécules actives seules (Microtox®) et aucun effet synergique ou antagoniste des mélanges n’a été observé. Cependant, ces mélanges impactent transitoirement et à court terme les communautés microbiennes du sol de Limagne, sans modifier les paramètres généraux de structure et d’abondance. Toutefois, des effets ont été mis en évidence sur des communautés sensibles telles que les phototrophes ou celles impliquées dans les processus de nitrification et de dénitrification. De plus, une comparaison des effets des mélanges sur les communautés phototrophes de deux sols souligne l’importante toxicité du Dual Gold Safeneur® et remet en cause son utilisation d’un point de vue écotoxicologique. / These experiments are part of the actual problematic of understanding the poorknown effects of pesticides mixtures in soil ecosystem. The herbicidal commercial formulations of S-metolachlor (Dual Gold Safeneur®), mesotrione (Callisto®) and nicosulfuron (Milagro®) were applied in mixtures at the recommended field rate. Formulated compounds are more toxic than active ingredients alone (Microtox®) and no synergistic or antagonistic effects were recorded. However, these mixtures impaired rapidly and transitory the Limagne soil microbial communities, without modifying the global parameters of structure and abundance. Effects were also recorded on sensitive communities, such as phototrophic, nitrifying and denitrifying communities. A comparison of mixtures effects on phototrophic communities from two soils underlined the high toxicity of Dual Gold Safeneur® and challenged its use from an ecotoxicological point of view..

La nutrition minérale des plantes dépend à la fois du développement et du fonctionnement de leur appareil racinaire, incluant l'absorption mais aussi la capacité des plantes à influencer les cycles des nutriments, notamment par l'exsudation. Le but de cette thèse est de lier les rétroactions plantes-sol impliquant les cycles des nutriments aux stratégies d'exploration racinaire. Dans la revue bibliographique, je recense des mécanismes d'interaction plantes-sol et leurs échelles spatiales et temporelles. En considérant, à l'échelle de la rhizosphère, les interactions directes entre racines et sol, je propose que la combinaison entre exsudation et absorption des nutriments mène à des synergies entre racines d'une même plante. Ma seconde hypothèse est celle de l'existence d'un compromis entre l'exploration du sol et son occupation (défini comme la capacité des plantes à influencer efficacement le cycle des nutriments). Dans un premier chapitre, je développe un modèle général de recyclage des nutriments afin de déterminer sous quelles conditions les plantes auraient intérêt à limiter leur exploration du sol. Je montre qu'une exploration limitée est une stratégie de nutrition efficace sous certaines conditions, dont l'existence de synergies entre racines et le fait d'être dans un sol pauvre en nutriment. Dans un deuxième chapitre, je mesure le patron d'exploration racinaire et évalue le recyclage de l'azote à l'aide des outils isotopiques, chez trois espèces de Poacées pérennes de la savane de Hwange (Zimbabwe). Cette étude de terrain montre un gradient d'hétérogénéité racinaire entre ces trois espèces. Les Poacées exprimant le patron d'exploration le plus hétérogène ont un cycle de l'azote plus lent, mais potentiellement plus efficace. Dans un dernier chapitre, je développe un modèle mécaniste à l'échelle de la rhizosphère, pour une plante absorbant le phosphore et contrôlant sa disponibilité par l'exsudation de citrate. Je montre que, selon l'échelle d'influence des racines en terme d'exsudation et d'abaissement de la concentration en phosphore, la combinaison de l'exsudation et de l'absorption mène soit à une compétition, soit à une facilitation entre les racines d'une même plante. En me plaçant à l'échelle du système racinaire, je montre que les pertes en phosphore sont limitées par une exploration limitée du sol. Ce dernier résultat va dans le sens du compromis exploration/occupation. Au cours de cette thèse, j'ai donc développé des approches complémentaires, mettant en jeu différents mécanismes et échelles d'interactions plantes-sol. Le fait que les racines ne se limitent pas à un rôle d'absorption, mais agissent activement sur les cycles de nutriments a mené à deux résultats originaux : la facilitation inter-racinaire et intra-plante, et le fait qu'une exploration limitée puisse être considérée comme une stratégie efficace de nutrition. Enfin, ce travail souligne l'importance d'intégrer les divers mécanismes d'interaction plantes-sol pour comprendre les stratégies de nutrition des plantes et mieux prédire leur impact sur les cycles de nutriments à l'échelle des écosystèmes. / Plant nutrition depends on complementary mechanisms : the development of root systems, root uptake and plant ability to control nutrient cycling, e.g. through exudation. The aim of this thesis is to link plant-soil feedbacks involving the cycling of nutrients and root foraging strategies. I first review the different mechanisms of plant influence on nutrient cycling within the soil and assess their respective scales. Considering the direct effect of roots on the soil at the scale of the rhizosphere, I hypothesize that the combination of absorption and exudation may lead to synergies between the roots of a plant. At the scale of the whole root system, I propose a second, heuristic hypothesis: the existence of a trade-off between soil exploration and soil occupation (defined as the ability of plants to influence efficiently nutrient cycling). In a first chapter, I develop a general model of nutrient cycling, to determine under which condition plants should limit the exploration of soil by their roots. I show that limited exploration is an efficient strategy under specific conditions, especially nutrient-poor soils and the existence of synergies between roots. In a second chapter, I characterize soil occupation and nitrogen cycling, by the use of isotopes ratios, in the plant-soil system of three perennial grasses of the savanna of Hwange (Zimbabwe). This field study shows a gradient of root heterogeneity among these grass species. Those showing the more heterogeneous root pattern have a slower but potentially more efficient nitrogen cycling. In a last chapter, I develop a numerical mechanistic model at the rhizosphere scale for a plant taking up phosphorus and increasing its availability through exudation of citrate. I show that, depending on the extent of root influence on soil by exudation and nutrient depletion, competition between roots as well as facilitation arise from the combination of root uptake and exudation. By upscaling rhizosphere processes to the root system, I show that phosphorus losses are minimized by a restricted soil exploration, which backs the hypothesis of a trade-off between soil exploration and occupation. Overall, I developed complementary approaches that took into account several mechanisms and scales of plant-soil interactions. Considering that root functions are not limited to nutrient uptake, but also involve their influence on nutrient cycling, lead to two novel results: the potential existence of intra-plant and inter-root facilitation, and limited soil exploration as an efficient foraging strategy. This work underlines the importance of accurately integrating the mechanisms of plant-soil interaction to assess their nutrient strategies and to predict their impact on nutrient cycling within ecosystems.

Dans les applications modernes des statistiques et de l'apprentissage, il est courant que les données récoltées présentent un certain nombre d'imperfections. En particulier, les données sont souvent hétérogènes, c'est-à-dires qu'elles contiennent à la fois des informations quantitatives et qualitatives, incomplètes, lorsque certaines informations sont inaccessibles ou corrompues, et multi-sources, c'est-à-dire qu'elles résultent de l'agrégation de plusieurs jeux de données indépendant. Dans cette thèse, nous développons plusieurs méthodes pour l'analyse de données hétérogènes, incomplètes et multi-source. Nous nous attachons à étudier tous les aspects de ces méthodes, en fournissant des études théoriques précises, ainsi que des implémentations disponibles au public, et des évaluations empiriques. En particulier, nous considérons en détail deux applications issues de l'écologie pour la première et de la médecine pour la seconde. / In modern applications of statistics and machine learning, one often encounters many data imperfections. In particular, data are often heterogeneous, i.e. combine quantitative and qualitative information, incomplete, with missing values caused by machine failure or nonresponse phenomenons, and multi-source, when the data result from the compounding of diverse sources. In this dissertation, we develop several methods for the analysis of multi-source, heterogeneous and incomplete data. We provide a complete framework, and study all the aspects of the different methods, with thorough theoretical studies, open source implementations, and empirical evaluations. We study in details two particular applications from ecology and medical sciences.

La structure des nuages sombres de la région Taurus-Auriga-perseus et les causes des différences chimiques observées sont etudiées à l'aide de données radio, IR et optique. Des observations millimétriques ont permis de réaliser des cartes détaillées enCO de ce complexe moléculaire interstellaire. De nouvelles molécules métalliques ont été détectées (CLNA,CLK,CLAL, et FAL) ainsi que des isotopes de SICC et HCCCH. Des travaux instrumentaux pour différents radiotélescopes sont aussi décrits.

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La spectroscopie RMN 2D du deutérium en abondance naturelle (DAN) en utilisant les cristaux liquides chiraux comme solvant de RMN est une méthodologie efficace pour deux raisons: i) l’interaction quadrupolaire (interaction RMN sensible à l’ordre orientationnel des molécules et spécifique aux noyaux de spin I>1/2) n’est plus nulle en moyenne comme dans les liquides; ii) la chiralité du milieu permet de discriminer spectralement des énantiomères (molécule chirale) ou des directions énantiotopes (molécule prochirale). L'objectif principal de ce travail de Thèse était d'explorer le potentiel analytique de cette technique pour analyser le fractionnement isotopique naturel deutérium dans le cas d’ester d’acides gras saturés (AGS) et (poly)insaturés (AGI). Le but ultime de ce travail est de fournir de nouvelles informations (de nature stéréochimique) pour améliorer la compréhension de certains mécanismes enzymatiques impliqués au cours de leur biosynthèse. Dans ce contexte, nous avons montré que l'utilisation de solutions organiques orientées de polypeptides (mésophases chirales) utilisant des co-solvants polaires comme le DMF ou la pyridine (Py) fournissait les meilleurs résultats en termes d’(énantio)discrimination spectrale (nombre de sites et amplitude) sur la base des déplacements chimiques et des éclatements quadrupolaires du deutérium. Ainsi, la mésophase chirale (PBLG/Py) a été utilisée avec succès pour analyser les AGI comme le linoléate de méthyle (C18), pour lequel nous avons pu mesurer l'excès énantio-isotopomèrique (eei) au niveau de chaque site méthylène de la molécule. Pour la première fois, d'importantes informations relatives à la stéréochimie des mécanismes enzymatiques, inaccessibles par la méthode conventionnelle SNIF-NMR®, ont été déterminées. La même méthodologie impliquant la mésophase achirale (PBG/Py) et chirale (PBLG/Py) s’est révélée également être un excellent outil pour l'analyse des SAFA sous leur forme libre (C14 à C18) ou sous leur forme de triglycérides (3*C4 et 3*C14). L'attribution des doublets 2H détectés sur les spectres RMN 2D anisotropes des SAFA a été confirmée par l'élaboration d'un modèle théorique capable de prédire le comportement orientationnel de ces molécules flexibles. Comme exemple illustratif, la méthode a été appliquée pour étudier les mécanismes enzymatiques convertissant le linoléate en vernoléate dans deux plantes différentes. Enfin, pour améliorer la compréhension des interactions «soluté-polypeptide» impliquées dans les mécanismes d'orientation et d’énantio-discrimination, nous avons étudié par RMN 2D DAN, l'évolution des paramètres d'ordre (matrice de Saupe) de deux molécules prochirales, rigides et apolaires dissoutes dans une mésophase chirale préparée en mélangeant deux polypeptides de même stéréochimie (L), mais dont la nature chimique des chaînes latérales est différente, en fonction de leur proportion massique respective. / Natural abundance deuterium (NAD) 2D-NMR spectroscopy using (a)chiral liquid crystals as NMR solvent is a powerful method for two reasons: i) the quadrupolar interaction (an order-sensitive NMR interaction specific to spins I > ½) is not averaged to zero anymore as in liquids; ii) the chirality of medium allows enantiomers (chiral molecule) or enantiotopic directions (prochiral molecule) to be spectrally discriminated. The main objective of this Thesis work was to explore the analytical potential of this technique to analyze the natural distribution of deuterium in the case of esters of saturated fatty acids (SAFA) and (poly)unsaturated fatty acids (PUFA). The ultimate goal of this research is to collect new (stereochemical) information to improve the understanding of some enzymatic mechanisms involved during their biosynthesis. In this context, we have shown that the use of oriented solutions of polypeptide (chiral mesophases) using polar co-solvents such as DMF or pyridine (py) provided better results in terms of spectral (enantio)discrimination (number of sites and magnitude) on the the basis of chemical shifts and deuterium quadrupole splittings. Thus, the chiral mesophase (PBLG/py) has been applied successfully to analyse PUFA’s like the methyl linoleate (C18) for which we could measure the enantio-isotopomeric excess (eie) at each methylen site of the molecule. For the first time, important information related to the stereochemistry of enzymatic mechanisms, inaccessible by the conventional method SNIF-NMR®, have been determined. The same methodology using achiral (PBG / py) and chiral (PBG / py) mesophases, revealed also to be an excellent tool for analysing SAFA in their free form (C14 to C18), or in triglyceride forms (3*C4 and 3*C14). The assignment of 2H doublets detected on 2D-NMR spectra of SAFA’s was confirmed by developing a theoretical model predicting the orientational ordering behavior of these flexible molecules. As illustrative exemple, the method was applied for investigating the enzymatic mechanisms converting the linoleate into vernoleate in two different plants. Finally, to improve the understanding of “solute/polypeptide" interactions involved in the orientation and enantiodiscrimination mechanisms, we have investigated by NAD 2D-NMR the evolution of the order parameters (Saupe matrix) of two apolar, rigid prochiral molecules dissolved in a chiral mesophase made by mixing two polypeptides having the same stereochemistry (L) but different type of side chains, versus their respective mass proportion.

Le sanctuaire Agoa est une aire marine protégée dans la zone économique exclusive (ZEE) des Antilles françaises qui fut créée en 2010 pour la conservation des mammifères marins et de leurs habitats. Il est connu que le rorqual à bosse fréquente les eaux des Antilles de décembre à mai pour la reproduction et la mise bas. Par contre, peu d’information existe sur l’abondance, le comportement, la distribution et les pressions anthropiques sur cette espèce aux Antilles et encore moins dans le sanctuaire. Cette maîtrise s’intéresse principalement à connaître cette espèce dans un secteur précis de cette aire marine et les liens qu’elle entretient avec certains utilisateurs humains de son habitat. Le tout vise à informer les intervenants en place, autant institutionnels qu’utilisateurs, vers une mise en place de mesures de conservation adaptées. Un suivi terrestre hivernal de plus de 300 heures, en 2012 et 2013, a permis de déterminer l’utilisation de l’habitat et les pressions anthropiques sur une population de rorquals à bosse fréquentant le sud de la péninsule de la Pointe-des-Châteaux en Guadeloupe. Il s’agit du premier suivi terrestre de cette espèce aux Antilles françaises et un des premiers dans l'arc caribéen. La zone d’étude couvre environ 264 km2 et serait une des zones les plus fréquentées de l’archipel guadeloupéen par l’espèce. À l’aide d’un théodolite, la trajectoire de 107 groupes différents (137,8 heures, 699 remontées) a été décrite. Les résultats montrent que la zone d’étude est principalement fréquentée en mars et avril, avec une abondance maximale au début du mois d’avril. La forte présence de baleineaux, particulièrement au mois de mars, pousse à croire que cette zone est utilisée comme pouponnière. Le comportement n’est pas aléatoire dans la zone d’étude et les trajectoires convergent vers certaines zones ayant possiblement un lien avec la bathymétrie. De plus, la zone marine à proximité de la Pointe-des-Châteaux pourrait potentiellement être un lieu de convergence des groupes. Ceux-ci se déplacent à vitesse réduite en direction ENE en général, à l’exception des femelles accompagnées de baleineaux qui prennent une orientation tout autre, c’est-à-dire vers le ONO, et ce à plus grande vitesse. Bien que la pression d’observation soit considérée comme modérée, une forte proportion des remontées se trouve dans les corridors de navigation présents dans la zone d’étude. De plus, le corridor de navigation des navettes entre Saint-François et La Désirade comporte le plus grand risque relatif de collision mortelle. Une réduction de vitesse des embarcations fréquentant le corridor des navettes diminuerait significativement le risque de collision mortelle. Ces pistes de réflexion mèneront sans doute à d’autres études plus poussées afin de continuer à en apprendre sur l’écologie de cette espèce fascinante. / The Agoa sanctuary, a marine protected area (MPO) covering the exclusive economic zone (EEZ) in the French Caribbean, was created in 2010 to protect marine mammals and their habitats. It is known that the Caribbean islands are used from December to May by humpback whales (Megaptera novaeangliae) as a reproductive area. However, sparse information exists on the abundance, the behaviour, the distribution and the anthropogenic pressures on this species in the Caribbean and even less in the sanctuary. This thesis focuses on increasing scientific knowledge about this species’ use of a part of the Agoa Sanctuary and their interactions with human users of the MPO. Such knowledge may inform stakeholders’ (institutional and individual) decision-making towards implementation of appropriate conservation measures. A land-based survey of more than 300 hours, in 2012 and 2013, was carried out to determine the habitat use of, and anthropogenic pressures on, a population of humpback whales frequenting the surrounding water of the Pointe-des-Châteaux peninsula in Guadeloupe. This is the first land-based survey of this species in the French West Indies and one of the first in the Caribbean. The study area of approximately 264 square kilometres is one of the most visited areas by this species in the Guadeloupe archipelago. Using a theodolite, 107 trajectories (i.e. groups of whales) were recorded, representing 137.8 hours and 699 surfacings. Results show that the abundance was higher in March and April with a peak in the first week of April. The high proportion of calves in this population, mainly in March, suggest that the study zone is a nursing area. Overall movement patterns are not random and may possibly be dictated by the bathymetry. Furthermore, trajectories seem to converge close to the Pointe-des-Châteaux. The average movement is slow and oriented in the same direction as the dominant current to the west of the Pointe-des-Châteaux (i.e. ENE), except for mother and calf groups that swim faster in the opposite direction (i.e. WNW). Even if the anthropogenic pressure may be consided as moderate, a high proportion of surfacing is located in some of the main maritime traffic corridors. In addition, the shuttle corridor between Saint-Francois and Désirade island has the greatest relative risk of fatal collision. A reduced speed for the shuttle corridor would lower significantly the collision risk. These findings may lead to more extensive studies to better understand the ecology of this fascinating species.

Le fichiers qui accompagnent mon document ont été réalisés avec le logiciel Mathematica / Dans cette thèse, nous étudions la théorie des jeux évolutionnaires dans quelques exemples de populations structurées. En particulier, nous analysons l’évolution de la coopération en déterminant des conditions qui la favorisent dans le cas des interactions par paire. On s’intéresse à l’évolution de la coopération dans un espace phénotypique de dimension quelconque. Puis on étudie la coopération dans une population finie, subdivisée en groupes de même quelconques avec une hiérarchie entre les groupes. Finalement, on présente l’effet de l’aspiration sur le processus évolutif dans une population finie répartie sur un cercle où il y a des positions à occuper. / In this thesis, we study some examples of structured populations. In particular, we analyze the evolution of cooperation in the sense of determining conditions that favor it. We study the evolution of cooperation in a phenotype space of any size. We study also the evolution of cooperation in a finite population subdivided into hierarchical groups of any size. Finally, we study the effect of aspiration on the evolutionary process in a finite population distributed on a circle with only a local interaction by pairwise.

This dissertation studies a local manifestation of ecclesiastical reform in the medieval county of Savoy: the twelfth-century transformation of secular canons into Augustinian regular canons at the church of Sts. Peter and Ursus in the alpine town of Aosta (now Italy). I argue that textual sources, material culture, and the practice of place together express how the newly reformed canons established their identity, shaped their material environment, and managed their relationship with the unreformed secular canons at the cathedral. The pattern of regularization in Aosta—instigated by a new bishop influenced by ideas of canonical reform—is only one among several models for implementing reform in medieval Savoy. This study asserts the importance of this medieval county as a center for reforming efforts among a regional network of churchmen, laymen, and noblemen, including the count of Savoy, Amadeus III (d. 1148). After a prologue and introduction, chapter 1 draws on traditional textual evidence to recount the history of reform in medieval Savoy. Chapters 2 through 4 focus on the twelfth-century sculpted capitals in the cloister built to accommodate the common life of the new regular canons. Several of the historiated capitals portray the biblical siblings, Martha and Mary, and Leah and Rachel, as material metaphors that reflect and reinforce the active and contemplative lives of the Augustinian canons. Other capitals represent the regular canons’ assertion of their precedence over the cathedral canons and suggest tensions between the two communities. The final chapter examines thirteenth-century conflicts over bell-ringing and ecclesiastical processions in the urban topography of Aosta to illustrate how the regular and secular canons continued to negotiate their relationship. Appendices include an English translation of a vita of St. Ursus (BHL 8453). The dissertation as a whole reconstructs the places and material culture of medieval Aosta to convey the complexities of religious and institutional life during a time of reform and beyond. / text

Les abeilles sauvages (20 000 espèces à travers le monde) participent à la pollinisation de 87,5% des espèces de plantes. Le récent déclin des abeilles sauvages en Europe met en péril la viabilité du service de pollinisation. Parmi les causes de ce déclin, la diminution des surfaces d’habitats semi-naturels (e.g. les prairies permanentes), fournissant aux abeilles sauvages des ressources floristiques diversifiées, joue un rôle particulièrement important. En parallèle de cette diminution des habitats semi-naturels qui s’est opérée depuis la seconde moitié du 20ème siècle, on observe sur la même période une forte expansion de la surface de colza en Europe. Cette culture offre une ressource abondante de nectar et de pollen pendant sa période de floraison. L’objectif de cette thèse est d’évaluer quelles sont les influences de l’organisation spatiale des habitats semi-naturels et du colza sur l’abondance des abeilles sauvages, leur diversité et le service de pollinisation en prairie permanente. Pour répondre à cet objectif, plusieurs expérimentations ont été mises en œuvre dans des prairies permanentes du Parc Naturel Régional de Lorraine, pendant et après la floraison du colza. Dans un premier temps, nous avons montré que les surfaces de colza en fleur et d’habitats semi-naturels influencent l’abondance et la richesse spécifique des abeilles en prairie permanente (effets différents en fonction de leur socialité) ainsi que la distribution intra-spécifique des tailles du corps d’Andrena cineraria. Les effets du colza s’estompent quelques semaines après la floraison du colza. Dans un second temps, nous avons trouvé que l’abondance en prairies d’Andrena cineraria (une espèce dont le pic d’émergence et le nourrissage des larves coïncident avec la floraison du colza) pendant une année N est reliée positivement à la surface occupée par le colza lors de l’année N-1. Enfin, une dernière expérimentation a été menée pour comprendre l’effet du colza sur le service de pollinisation en prairie permanente. Nos résultats montrent que l’augmentation de la surface de colza dans le paysage engendre une diminution du succès reproducteur chez Cardamine pratensis, une plante sauvage fleurissant à la même période que le colza. Ce travail de thèse souligne l’influence du colza et des habitats semi-naturels sur plusieurs niveaux trophiques (pollinisateurs, plantes sauvages) et niveaux d’organisation du vivant (communauté et population) en prairie permanente / Wild bees (20 000 species worldwide) contribute to the pollination of 87.5% of angiosperm species. The decline of wild bees in Europe jeopardizes the sustainability of the pollination service. Among the causes of this decline, the diminution of the surface of semi-natural habitats (e.g. permanent grasslands), providing diverse floristic resources, plays an important role. While the surface of semi-natural habitats has reduced since the second half of the 20th century, the surface of oilseed rape has considerably increased in Europe. Oilseed rape offers a large amount of nectar and pollen during its flowering. The main objective of this study was to evaluate the influence of the spatial organization of semi-natural habitats and oilseed rape fields on the abundance of wild bees, their diversity and the pollination service in permanent grasslands. To achieve this objective, we implemented several experiments in permanent grasslands of the “Parc Naturel Régional de Lorraine”, during and after oilseed rape flowering. Firstly, we showed that the areas covered by flowering oilseed rape fields and semi-natural habitats influence the abundance and species richness of bees in permanent grasslands (different influences according to their sociality) as well as the body size intra-specific distribution of Andrena cineraria. Effects of oilseed rape disappear few weeks after oilseed rape flowering. Secondly, we found that the abundance in grasslands of Andrena cineraria (a species whose peak activity and larval feeding coincide with oilseed rape flowering period), during year N is positively related to the area covered by oilseed rape during the year N-1. Finally, a last experiment was conducted to detect potential effects of flowering oilseed rape on the pollination service in permanent grasslands. Our results showed that increasing areas of flowering oilseed rape in the landscape lead to a reduction of the reproductive success of Cardamine pratensis, a co-flowering wild plant in permanent grasslands. This study highlights the influence of oilseed rape on several trophic levels (pollinators and wild plants) and levels of organization of life (community and population) in permanent grasslands