Appropriate recognition of parasites is crucial for effective immune response, ensuring activation of adequate defence mechanisms. In vertebrates, it has frequently been demonstrated that genes encoding proteins involved in pathogen recognition by an adaptive immune system are often subject to intense selection pressures. On the contrary, much less information has been provided on the evolution of recognition mechanisms of innate immunity. The aim of this thesis is to describe the pattern of natural variation of innate immunity genes involved in pathogen recognition in rodents and to analyze the mechanisms of their evolution. We used murine rodents (subfamily Murinae) as a principal model group because they are potential reservoirs of various pathogens dangerous to humans. First, we studied the intraspecific variability of five bacterial sensing Toll-like receptors (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, and TLR6) in inbred strains derived from two subspecies of the house mouse (M. m. musculus, hereafter abbreviated as Mmm and Mus musculus domesticus, Mmd). Wild-derived inbred strains are suitable tools for studying variation of immunity genes because they provide information about alleles that occur in natural populations, and at the same time they occur at homozygous state. The most significant results include the findings of a stop codon in exon 2 of the Tlr5 gene in one Mmm strain and no variability in Tlr4 of Mmd. Following these results we decided to check whether the absence of Tlr4 polymorphism in Mmd reflects the pattern found in natural populations, or whether it is a consequence of insufficient sampling or subsequent breeding. We therefore sequenced Tlr4 in both subspecies across a large part of the Western Palearctic region (in total 39 Mmm and 62 Mmd individuals), then we compared these results with variability on mitochondrial DNA (cytochrome b). The result confirmed our prediction that observed variability in Mmd is strongly reduced also in free-living populations (compared to Mmm), probably due to strong purifying selection by pathogens with which they met during the westward colonization. However, the influence of random evolutionary processes (e.g. drift during bottlenecks) cannot be excluded based on our data. At the intraspecific level, we could not find any sign of positive selection. The last part of my dissertation is devoted to interspecific comparison of two receptors, TLR4 and TLR7. These two TLRs differ in the exposure and the ligands detection. TLR4 is an extracellular receptor detecting mainly bacterial ligands (especially lipopolysaccharides), while TLR7 is located inside the cell and detects ssRNA viruses. The aim of this part of the thesis was to describe variability of both receptors at the interspecific level and to reveal selection forces acting on TLRs in longer evolutionary time scale. In total we analyzed 23 rodent species of the subfamily Murinae in Europe, Asia and Africa. Our results suggest that purifying selection has been a dominant force in evolution of the Tlr4 and Tlr7 genes, but we also demonstrated that episodic diversifying selection has shaped the present species-specific variation in rodent Tlrs. Sites under positive selection were concentrated mainly in the extracellular domain of both receptors, which is responsible for ligand binding. The comparison between two TLRs lead us to the conclusion that the intracellular TLR7 is under much stronger negative selection pressure, presumably due to its interaction with viral nucleic acids.

Les systèmes traditionnels de protection des droits de propriété intellectuelle révèlent leurs insuffisances lorsqu'il s'agit de protéger le patrimoine et les savoirs traditionnels des peuples autochtones. Un système de protection sui generis s'avère nécessaire, sans pouvoir cependant tout résoudre. Il se heurte notamment à des difficultés majeures représentées par l'ancestralité de ce patrimoine et des connaissances traditionnelles, par leur titularité collective ainsi que la diversité de leur localisation. A cela s'ajoute le caractère sacré, confidentiel et même secret d'une partie de ces connaissances. Ce patrimoine et ces connaissances sont actuellement protégés par des Déclarations et Conventions internationales ainsi que par des dispositions légales nationales, comme c'est le cas au Brésil, plus particulièrement considéré ici. Cette étude nous conduit à constater qu'il s'agit là d'un débat, d'une législation, et de processus de négociation qui ne font que commencer mais qui montrent de réelles perspectives de protection, aussi bien dans l'utilisation des instruments classiques de protection des droits intellectuels pour certains cas, que dans l'adoption de systèmes sui generis comme cela se fait déjà dans certains pays. À l'évidence, il est essentiel que soient considérées en toute honnêteté les particularités des situations, que la participation des représentants de ces collectivités se fasse en toute connaissance de cause, et que les contrats conclus en vue de l'utilisation de ces connaissances répondent à des exigences d'éthique, avec la participation vigilante des intéressés et des pouvoirs publics qui devront en outre soutenir des politiques publiques complémentaires.

Les Infrastructures de Transport Terrestre (ITT), c'est-à-dire les routes et les lignes ferroviaires, sont une des principales causes du déclin de la biodiversité. En France, les évaluations environnementales des projets d'ITT ont permis des progrès dans la prise en compte des impacts sur les milieux naturels, mais elles présentent des limites. Leur contenu est basé sur des données qualitatives prenant encore peu en considération les processus écologiques et leurs échelles spatio-temporelles. La thèse élabore trois méthodes complémentaires permettant le développement d'une évaluation quantitative des impacts des projets sur les milieux. Celles-ci sont définies suivant trois échelles écologiques, l'état prévisionnel des habitats, la sensibilité des écosystèmes, et l'organisation spatiale de l'écocomplexe dans le territoire. La première est basée sur un modèle spatio-temporel de taux de dégradation des écosystèmes. Elle identifie l'ensemble des effets potentiels des projets aux stades construction, exploitation et entretien afin d'en caractériser les effets majeurs. La seconde méthode élabore des indicateurs basés sur les impacts. La chaîne de causalité des effets sur les cibles de l'écosystème est quantifiée par l'algorithme PageRank® et identifie la plus pertinente pour la recherche d'indicateurs. Certains indicateurs, peu documentés dans la bibliographie internationale donnent lieu à des études de terrain sur les populations d'arthropodes, de rhopalocères et de chiroptères en milieu forestier. La troisième méthode replace les écosystèmes dans un paysage et propose la notion de coût écologique des projets. Le coût représente l'ensemble des vulnérabilités des milieux naturels traversés.

Les faunes de foraminifères vivants (colorés au Rose Bengale) ont été analyses à 8 stations le long d'un transect bathymétrique (282-4987 m) sur la marge portugaise. Du plateau externe vers la plaine abyssale, une succession d'assemblages est trouvée en relation avec la diminuation du niveau trophique. La densité des faunes, la richesse spécifique et la diversité diminuent plus rapidement avec la profondeur pour les foraminifères carbonatés que pour les foraminifères agglutinés. Aux sites mésotrophes et oligotrophes les espèces carbonatées sont généralement limitées au centimètre supérieur. Les espèces agglutinées sont peu diversifies à la station la moins profonde, à cause d'une competition avec les espèces carbonatées et la pénétration d'oxygène très faible. Aux stations plus profondes, leurs diversité et ALD10 augmentent en réponse à la penetration d'oxygène et la bioturbation plus importantes. Aux stations les plus profondes, les foraminifères agglutinés montrent une faible diversité, et sont de nouveau limités à la surface du sediment. Un transect latitudinal regroupe 7 autres stations, de pente ouverte et de canyon ouvert, à une profondeur d'environ 1000 m. Dans les canyons sousmarins, les densités des faunes, dominées par des espèces endopéliques intermédiares et profondes, sont largement supérieures, en accord avec des teneurs en CPE plus élévées. Dans le canyon de Nazaré, des faibles teneurs en oxygène causent une diversité minimale. La variabilité temporelle apparait ètre beaucoup plus importante dans les canyons sous-marins, où des perturbations sédimentaires et les apports organiques sont maximaux.

Dans le contexte actuel de crise de biodiversité, il est primordial de comprendre où et comment se distribuent les êtres vivants. En utilisant les données de biodiversité gérées par le GBIF (> 640 millions d'occurrences) et couvrant 24 classes taxonomiques, j'ai étudié un patron de biodiversité remarquable, le gradient latitudinal de diversité (LDG). Cet objectif m'a d'abord amené à produire des outils informatiques afin de manipuler ces données de biodiversité (Big Data), puis à évaluer la qualité des données. J’ai alors mis en évidence deux phénomènes importants. Premièrement, un fort biais taxonomique existe dans les données d'occurrences de biodiversité. Certains taxons sont plus étudiés que d'autres, créant un déficit de connaissance pour certains groupes et se révélant problématique pour notre compréhension globale de la biodiversité. Ce biais semble s'expliquer en partie par l'impact des préférences sociétales. Deuxièmement, un changement radical dans la production de ces données: de plus en plus de données primaires de biodiversité sont de simples observations et non plus des spécimens récoltés et mis en collection. Les dangers et avantages liés à ce changement de pratique sont discutés, le rôle de spécimens vouchers est rappelé et la nécessité d'acquérir des données supplémentaires est soulignée. Enfin, fort de cette analyse critique des données primaires de biodiversité, six hypothèses pouvant expliquer le LDG sont testées sur un jeu de données nettoyées couvrant huit classes taxonomiques. Ce test permet de réfuter une hypothèse de contrainte géométrique récente mais jamais testée pour finalement révéler que l'hypothèse de productivité est la mieux soutenue. / In the current context of biodiversity crisis, it is essential to understand where and how life is distributed. Using biodiversity data managed by the GBIF (>640 million occurrences) covering 24 taxonomic classes, I investigated one of the best-known biodiversity patterns: the latitudinal diversity gradient (LDG), which is characterized by an increase in specific richness as we approach the equator. This objective first led me to produce informatics tools for handling large amount of data (Big data paradigm), before evaluating the quality of primary biodiversity data. Two important outcomes resulted from this evaluation. First, I highlight that a strong taxonomic bias exists in biodiversity occurrences. This bias implies that some taxa are more studied than others, creating a knowledge gap detrimental to our understanding of biodiversity as a whole. This bias is strongly impacted by societal preferences rather than research activity. Second, a radical change in biodiversity data gathering practices is happening: primary biodiversity data are now mostly observation-based and not specimen-based. Assets and liabilities of this shift are discussed, while the role of voucher specimens is reiterated and, for observations, the need for ancillary data is underlined. Finally, six hypotheses proposed to explain the LDG are tested on a cleaned dataset encompassing eight taxonomic classes. A recent, but never tested, version of the geometric constraint hypothesis is refuted, while the productivity hypothesis is strongly supported.

Cette thèse étudie la biodiversité dans sa dimension alimentaire. En premier lieu la compréhension de la « biodiversité alimentaire » et les différents éléments qui la constituent était nécessaire. Il est en effet confirmé que la biodiversité est l’une des solutions pour combattre la faim cachée. Disposons-nous des instruments nécessaires pour la mesurer au niveau de l’offre et de la demande ? Comment l’intégrer dans le pilotage des politiques publiques ? Quelles mesures et actions faut-il mettre en œuvre pour conserver la biodiversité alimentaire et la mettre au service de la sécurité alimentaire? Une étude de cas a été réalisée en Tunisie dans le gouvernorat de Sidi Bouzid. Des enquêtes et des outils ont été élaborés pour recenser toutes les données nécessaires à l’étude de la biodiversité alimentaire à tous les niveaux de la chaine alimentaire. Une analyse spécifique du rôle des produits sauvages comestibles a été menée. Largement connues et utilisées, les plantes sauvages sont encore sous-valorisées. Une méthodologie générique de l’étude de l’utilité nutritionnelle de la biodiversité alimentaire disponible a été proposée, avec une application aux marchés (indice de richesse spécifique, indice de Shannon et indice de Piélou, adaptés). L’utilité nutritionnelle de la biodiversité disponible est variable d’un nutriment à un autre. Une seconde partie a été consacrée à l’étude des politiques publiques. Une sélection d’options stratégiques pouvant être des leviers à la biodiversité a été faite à dires d’experts. La méthode « Multicriteria Mapping (MCM) » a été utilisée auprès de différentes parties prenantes pour l’étude de la performance des options et les hiérarchiser à des fins de propositions d’actions. L’éducation nutritionnelle a été estimée comme l’action la plus performante suivie de la conservation et la protection de la mer et de sa biodiversité et enfin des options de politiques agricoles en faveur des plantes autochtones. Le lien entre biodiversité et nutrition et le rôle des espèces sauvages n’étaient pas évident pour les participants. La conservation et l’amélioration de la biodiversité doit être orientée pour remédier au manque de trois nutriments, le calcium et les vitamines A et B12. Cependant une sensibilisation et une responsabilisation des différentes parties prenantes est indispensable surtout dans un contexte socio-économique difficile de la Tunisie post-révolution. / This thesis studies biodiversity in its food dimension. First, the understanding of "food biodiversity" and its different components was necessary. It is indeed confirmed that biodiversity can be a solution to fight hidden hunger. Do we have the instruments to measure it in terms of supply and demand? How to integrate it into the management of public policies? What actions should be implemented to conserve food biodiversity and put it at the service of food security in Tunisia? A case study was carried out in Tunisia in the governorate of Sidi Bouzid. Surveys and tools have been developed to identify all the data needed to study food biodiversity at each level of the food chain A specific analysis of the role of wild edible products was conducted. Widely known and used, wild plants are still undervalued. A generic methodology for studying the nutritional utility of available food biodiversity has been proposed with an application to markets (specific richness index, adapted Shannon and Piélou indexes). The nutritional utility of available biodiversity varies from a nutrient to another. A second part was devoted to the study of public policies. A selection of strategic options that can be levers to biodiversity has been made by experts. The Multicriteria Mapping (MCM) method was used with stakeholders for the study of option’s performance and to rank them in order to make action’s proposal. As far as policies are concerned, nutrition education has been regarded as the most effective action followed by the conservation and protection of the sea and its biodiversity, and finally, agricultural policy options for indigenous plants. The link between biodiversity and nutrition and the role of wild species was not clear for participants. Conservation and enhancement of biodiversity should be oriented to address the lack of three nutrients, calcium and vitamins A and B12. However awareness and accountability of the various stakeholders is essential especially in a difficult socio-economic context of post-revolution as in Tunisia.

Ce travail de thèse s'inscrit dans l'effort actuel de construction d'une écologie intégrative. J'y étudie les mécanismes d'interaction entre ressources abiotiques, réseaux trophiques et propriétés des écosystèmes, au moyen d'une expérience d'évolution, d'un modèle de méta-écosystème et d'un modèle bioénergétique d'assemblage d'écosystèmes. Les organismes modifient la disponibilité des ressources en les prélevant pour leur croissance. Inversement, la disponibilité des ressources influence la diversité et la composition en espèces du réseau trophique, en agissant comme force de sélection sur les traits d'acquisition des ressources (chap. 1, 5). Les propriétés de l'écosystème, telles que stabilité et productivité, dérivent des interactions entre la dynamique des ressources et celle du réseau trophique (chap. 2). Enfin, le fonctionnement de l'écosystème rétroagit sur les ressources abiotiques via le recyclage de la biomasse (chap. 2, 5). Ces processus interviennent lors de l'assemblage des réseaux trophiques et structurent le développement des écosystèmes (chap. 3-5). Dans cette thèse j'analyse ces mécanismes de rétroaction biotique-abiotique sur plusieurs échelles d'organisation, d'espace et de temps. Notamment, les modèles développés ici fournissent des outils novateurs pour étudier les mécanismes de construction des écosystèmes, en mettant en évidence les liens entre métabolisme des espèces, structure du réseau trophique et fonctionnement de l'écosystème, et leur variation au cours du temps. Ce travail ouvre de vastes perspectives de recherche en combinant les derniers progrès d'une écologie intégrative dans une conception mécaniste du développement des écosystèmes. / This thesis participates to the current effort towards the construction of an integrative ecology. I study the feedback mechanisms between abiotic resources, food webs and ecosystem properties, through an evolution experiment, a model of metaecosystem, and a bioenergetic ecosystem assembly model. Organisms modify resource availability by consuming them for their growth. Conversely, resource availability influences the species diversity and composition of the food web, by acting as a selection pressure on traits for resource acquisition (chap. 1, 5). Ecosystem properties, such as stability and productivity, derive from the interactions between resource and food web dynamics (chap. 2). Finally, ecosystem functioning feeds back on abiotic resources through the recycling of biomass (chap. 2 and 5). These processes occur during the food web assembly and drive the development of ecosystems (chap. 3-5). In this thesis I analyze these biotic-abiotic feedback mechanisms on several scales of organization, space and time. The models developed here provide innovative tools to study the mechanisms of ecosystem construction by pointing out the links between species metabolism, food web structure and ecosystem functioning, and their variation through time. This work opens wide research perspectives, as it combines the most recent progress of an integrative ecology into a mechanistic framework of ecosystem development.

Le drainage minier acide de Carnoulès est caractérisé par un pH très acide et une forte concentration en métaux et en arsenic. Par différentes approches moléculaires, des études précédentes ont montré une faible biodiversité et ont permis d'établir un modèle de fonctionnement de la communauté bactérienne. Le but de ce travail de thèse a été de préciser la composition et le fonctionnement de cette communauté bactérienne, en utilisant pour cela des approches culturales et fonctionnelles, en se focalisant particulièrement sur le recyclage de la matière organique. L'élaboration de différents milieux a permis l'isolement de 49 souches bactériennes appartenant à 19 genres, augmentant ainsi de 10 % la diversité bactérienne détectée à Carnoulès par rapport aux approches métagénomiques précédentes. Parmi les 19 genres, 3 sont nouveaux dont un, inféodé aux écosystèmes acides, a été caractérisé taxonomiquement et dénommé Acidiminas carnoulesii. La capacité de l'isolat Q8 appartenant au genre Paenibacillus à dégrader I'amidon et la xylane, dans de larges gammes de pH et de concentrations en arsenic, a permis d'attribuer à Paenibacillus un rôle dans la résilience de la communauté pour ces fonctions. Un criblage fonctionnel de I'ADN de Q8 dans Escherichia coli apermis d'isoler les gènes codant les protéines de dégradation de ces polymères. Par ailleurs, un criblage de 80000 clones de la banque d'ADN métagénomique de Carnoulès a permis la détection de 28 clones positifs pour l'activité amylolytique. Deux protéines ne présentant aucune similarité de séquence avec des amylases connues ont été caractérisées in vitro, confirmant leurs activités amylolyiques et démontrant que la bioprospection dans des sites a priori incongrus, autorise des découvertes insoupçonnées. Ces travaux ont ainsi permis de montrer que les approches culturales et fonctionnelles apportent des informations nouvelles par rapport à celles obtenues par les approches moléculaires. La complémentarité de ces approches est vérifiée, et elle apparaît indispensable dans l'analyse de la complexité des écosystèmes. Cependant, la compréhension de leur fonctionnement exigera des efforts redoublés. / The Carnoulès acid mine drainage is characterized by an acidic pH and high metal and arsenic concentrations. Based on the low bacterial biodiversity, molecular approaches allowed the determination of a bacterial community functioning model. The aim of the PhD work was to clariff both the composition andthe functioning of this community, using cultural and functional approaches, focusing on the organic matter recycling. Different media were designed that allowed the isolation of 49 bacterial strains belonging to 19 genera,leading to a 70 o  increase in the bacterial diversity compared with previous metagenomic approaches. Among the 19 genera,3 are new, one of which, a previously uncultured genus frequently detected in acidic environments, has been taxonomically characterized and named Acidiminos cornoulesii.The ability of strain Q8, belonging to the genus Paenibacillus, to degrade starch and xylan over a wide rangeof pH values as well as 4rsenic concentrations allows to assign to Paenibacillus a role in the resilience of the community for these functions. A function-based screening of the Q8-DNA in Escherichia coli led to isolatethe genes encoding the polymer-degrading proteins.Moreover, a function-based screening of 80,000 clones from a Carnoulès metagenomic DNA library led to the detection of 28 positive clones for the amylolyic activity. Two proteins sharing no sequence similarity with known amylases were characterized in vitro, demonstrating that bioprospecting in a priori incongruous sites can lead to unsuspected discoveries.These works show that new informations using cultural and functional approaches can be obtained compared to those gained with molecular approaches. Results confirmed the complementarity between both approachesis crucial to analyze complex ecosystems. Nevertheless, more research efforts still have to be undertaken tounderstand their functioning.

Cette thèse se propose d’éclairer les connaissances sur les délaissés urbains, définis comme temporaires et abandonnés au sein de l’urbain, ne présentant pas de projet d’aménagement immédiat, laissant place à une végétation spontanée. Notre objectif est de caractériser la biodiversité végétale des délaissés urbains afin de comprendre en quoi ils peuvent avoir un rôle en tant qu’espaces de nature en ville et plus spécifiquement dans les politiques de préservation des continuités écologiques, notamment les Trames Vertes et Bleues (TVB). Etant étudiés dans le milieu urbain, il est nécessaire de considérer les délaissés au sein de l’espace géographique qu’est la ville. D’un point de vue écologique, la mise en relation des dynamiques écologiques et des caractéristiques du milieu urbain permet non seulement d’analyser leur intérêt écologique intrinsèque, mais aussi leur rôle potentiel pour les continuités écologiques en ville. Afin d’appréhender ce rôle, il est également nécessaire de saisir la façon dont ces espaces sont pris en compte dans les politiques d’aménagement du territoire et de conservation de la nature. Enfin, les résultats de cette caractérisation pluridisciplinaire des délaissés urbains porteront sur les outils d’aménagement du territoire mobilisables pour améliorer la prise en compte des délaissés au sein des politiques environnementales. / This PhD aims to enlighten knowledge on urban wastelands, defined as abandoned and temporary lots within urban areas that are not included into immediate planning project, allowing spontaneous vegetation to develop. Our goal is to characterize urban wastelands’ biodiversity in order to understand their role as natural spaces in the city and more specifically, with the accession of sustainable development, in ecological continuity preservation policies, including the “Trame Verte et Bleue” tool (TVB). Given that our research is an urban study, it is necessary to consider wastelands within the urban geographical area. From an ecological point of view, linking ecological dynamics with urban characteristics allows to understand their intrinsic ecological value, and their potential role in TVB. To understand this role, it is also necessary to embrace how these spaces are considered in urban planning and conservation policies. Finally, the results of this wastelands’ multidisciplinary characterization focus on the development of tools to improve wastelands’ inclusion in environmental policies.

Ecosystèmes et sociétés humaines interagissent de façon bidirectionnelle, notamment via la perte de biodiversité et de services écosystémiques. Au sein de cette boucle de rétroaction, les interactions d'échelles (spatiales et temporelles) mènent à des découplages qui peuvent réduire le bien-être humain et la durabilité des systèmes socio-écologiques (SSEs). Par une approche de modélisation, cette thèse explore les conséquences de long terme de telles interactions d'échelle. Nous montrons que le découplage temporel dû aux dettes d'extinction peut mener à des effondrements. De plus, ces découplages temporels réduisent la capacité d'adaptation du système, rendant plus probables des transitions soudaines vers des trajectoires non durables. Cependant, la conservation des habitats naturels et l'internalisation économique des conséquences de la perte de biodiversité permettent d'éviter ou de réduire ces crises. Cette étude met en évidence le rôle des rétroactions et des interactions d'échelles dans les SSEs, et insiste sur l'importance d'une vision de long terme pour la durabilité des sociétés humaines. / Human-nature interactions form a feedback loop that is driven by the loss of biodiversity-dependent ecosystem services. These interactions occur over many spatial and temporal scales, and mismatches between the scales of human dynamics and ecological processes can contribute to a decrease in human well-being and sustainability. This thesis investigates theoretically the long-term consequences of biodiversity feedbacks on the sustainability of social-ecological systems (SESs). Temporal mismatches resulting from extinction debts can generate unsustainable human population cycles, especially in the most technology-intensive SESs. Moreover, temporal mismatches postpone desirable behavioral changes and reduce resilience, thus increasing the probability of abrupt regime shifts towards unsustainable trajectories. However, natural habitat conservation, e.g. through land set aside or the economic internalization of biodiversity feedbacks, can help prevent or mitigate such crises. This thesis thus emphasizes the role of feedbacks and scales in human-nature interactions, and highlights the importance of foresight for the sustainability of human societies.