Cette thèse étudie par trois modèles et une expérience les effets des interactions entre le réseau vert (basé sur la production primaire) et brun (basé sur la décomposition) sur le fonctionnement des écosystèmes. Trois interactions entre les deux réseaux sont étudiées: 1) les nutriments recyclés par tous les organismes couplent les réseaux verts et bruns par une relation de mutualisme/compétition entre les producteurs primaires et les décomposeurs; 2) les consommateurs généralistes se nourrissent de proies des deux réseaux trophiques et 3) les connexions spatiales par les consommateurs généralistes mobiles en haut des réseaux trophiques et les flux de nutriments et de détritus en bas. Les résultats montrent que ces interactions peuvent affecter le fonctionnement des écosystèmes y compris les cascades trophiques, la stabilité et l'importance relative de la chaîne verte et brune. Ces résultats conduisent à (1) de nouvelles perspectives sur la modélisation du fonctionnement des réseaux trophiques, (2) des prédictions originales, (3) des nouvelles interprétations de résultats empiriques, (4) des idées sur des différences fondamentales de fonctionnement entre types d’écosystèmes, (5) des prédictions sur la réponses des écosystèmes aux changements globaux. / This thesis studies through three models and an experiment the important effects of the interactions between the green (based on primary production) and brown (based on decomposition) food webs on ecosystem functioning. Three interactions between the two food webs are studied: 1) nutrients recycled from all organisms in the food web couple the green and brown food webs through mutualistic/competitive interaction between primary producers and decomposers; 2) generalist consumers feed on prey from both food webs; and 3) the spatial connections between the two food webs through mobile generalist consumers at the top and through nutrient and detritus fluxes at the bottom of the food webs. The results show that these interactions may affect the ecosystems functioning including trophic cascades, stability and the relative importance of green and brown food chains. These results lead to new (1) insights on the way to model food webs, (2) predictions on food web functioning, (3) interpretation of empirical results, (4) ideas to compare the functioning of different ecosystem types and (5) predictions on food web responses to global changes.

La perte de biodiversité induite par les humains touche plus particulièrement les espèces de grande taille corporelle et génère des pressions de sélection contre les grands individus. Un nombre croissant d’études montrent que la diminution des abondances de ces espèces s’accompagne d’une évolution rapide vers des tailles corporelles réduites. La problématique générale de la thèse était d’étudier expérimentalement, de manière intégrée, « des gènes à l’écosystème », les implications évolutives et écologiques de la perte rapide de biodiversité.À l’aide d’une expérience de sélection artificielle sur la taille corporelle de médaka (Oryzias latipes) pendant 6 générations, j’ai montré que (1) un ensemble de traits d’histoire de vie corrélé génétiquement à la taille (e.g. croissance somatique, âge et taille à maturité sexuelle, fécondité) pouvaient évoluer rapidement, (2) la réponse des traits des médakas dépend de la direction de sélection, et que (3) les changements phénotypiques peuvent être reliés à des changements d’expressions d’hormones hypophysaires impliqués dans la régulation de la croissance (i.e. hormone de croissance) et la reproduction (i.e. hormone de croissance et gonadotropines). Ces résultats suggèrent que les mécanismes d’adaptations des populations aux pressions anthropiques pourraient fortement modifier des traits clés pour leur maintien dans les écosystèmes. Par ailleurs, dans une autre expérience, j’ai montré que les variations phénotypiques (taille et de forme d’un médaka), peuvent avoir autant d’importance sur l’intensité de la cascade trophique qu’elles génèrent, que les variations démographiques (présence-absence du médaka). Ce résultat révèle l’importance des traits des organismes dans l’écosystème et suggère que des changements micro-évolutifs pourraient se répercuter dans les réseaux d’interactions biotiques. Cette thèse souligne la nécessité de mieux comprendre les mécanismes adaptatifs afin d’appréhender au mieux les conséquences écologiques des pressions de sélection d’origine anthropique qui s’exercent sur les populations naturelles. Elle ouvre des perspectives sur la compréhension jointe des mécanismes évolutifs et écologiques qui peuvent agir en retour l’un sur l’autre dans des boucles de rétrocontrôle éco-évolutives. / Biodiversity loss induced by humans particularly affects species which large body size and generates selection pressures against large individuals. A growing number of studies show that the decline in abundance of these species is accompanied by a rapid shift towards smaller body sizes. The aim of the thesis was to study experimentally, in an integrative approach, "from genes to ecosystem," the evolutionary and ecological implications of the rapid loss of biodiversity. I applied an artificial selection on body size of medaka (Oryzias latipes) during 6 generations, and I showed that (1) a set of life history traits genetically correlated to the size (e.g. somatic growth, age and size at sexual maturity, fecundity) could evolve rapidly, (2) the response of medaka traits depend on the selection direction, and (3) the phenotypic changes can be related to changes of pituitary hormones expressions involved in the regulation of growth (i.e. growth hormone) and reproduction (i.e. growth hormone and gonadotropins). These results suggest that the adaptation mechanisms of populations to anthropogenic pressures could significantly alter key features for keeping them in ecosystems. Furthermore, in another experiment, I showed that phenotypic variations (size and shape of a medaka), may have as much importance on the intensity of the trophic cascade they generate, as demographic variations (presence-absence of medaka). This result shows the importance of the traits of organisms

Les herbivores consomment les tissus végétaux et affectent la survie et la croissance des végétaux. Les ennemis naturels des herbivores peuvent réguler leurs populations et indirectement diminuer les dommages sur la végétation. Les relations entre plantes, herbivores et prédateurs sont liées aux caractéristiques intrinsèques des espèces végétales mais aussi influencées par la communauté végétale environnante. L'hypothèse de résistance par association stipule qu'une communauté végétale diversifiée entraîne une diminution des dégâts sur une plante cible par dilution, répulsion des herbivores et/ou favorisation des ennemis naturels. Inversement, les herbivores peuvent se concentrer sur la plante-cible dans une communauté végétale diversifiée (susceptibilité par association). L'objectif de cette thèse est d'évaluer 1) l'influence de la composition de la communauté végétale sur les herbivores et leurs dommages sur une plante-cible, 2) l'impact de la régulation des herbivores par les prédateurs et 3) les interactions entre herbivores, communauté végétale et prédateurs, et les conséquences pour les intensités d'herbivorie sur la plante-cible. Nous nous sommes focalisés sur les dommages causés par les insectes herbivores sur des plantules d'essences forestières feuillues (Betula pendula, Quercus robur et Q. ilex). La variété importante de communautés végétales, au niveau inter (essences dominantes) et intraparcellaire (présence, structure et composition), nous a permis de tester les effets du voisinage végétal sur les insectes herbivores et leurs dommages sur les plantules cibles. Les oiseaux insectivores sont les principaux prédateurs d'insectes et nous avons cherché à estimer les effets de leur exclusion sur les insectes et les conséquences pour les plantules, et ceci le long des gradients de composition du voisinage végétal. Enfin, le degré de spécialisation (spécialiste/généraliste) et le mode de vie (exo/endophyte) ont été caractérisés car ils conditionnent les réponses des insectes herbivores à la végétation voisine ainsi que la prédation avienne. Le voisinage végétal des plantules-cibles modifie la charge en herbivores et les dommages engendrés. Ces réponses sont liées à la spécialisation de l'insecte herbivore : la colonisation des plantules par les espèces spécialistes (mineuses de feuilles) est négativement affectée par la structure de la végétation locale (présence, recouvrement arbustif). Les dommages d'insectes généralistes augmentent avec la richesse spécifique des peuplements et dans les parcelles dominées par des espèces conspécifiques. Les abondances des insectes externes et leurs dommages sont régulés par les oiseaux insectivores mais cet effet indirect dépend de l'espèce de plantule-cible et de la composition de la communauté végétale. Les effets de cascade trophique sont les plus intenses dans les parcelles de pin maritime où les plantules constituent une ressource nouvelle pour les niveaux trophiques supérieurs. Plus localement, le voisinage végétal modifie la sensibilité des arthropodes à la prédation: les oiseaux insectivores bénéficient aux plantules lorsque les proies sont plus accessibles (végétation environnante supprimée).Pour conclure, une des principales richesses de ces résultats vient de la mise en évidence d'interactions très fortes existant entre les effets des oiseaux insectivores et la végétation environnante. Les effets indirects des prédateurs et directs de la végétation environnante sont très liés au degré de spécialisation des insectes phytophages et à leur mode de vie. / Herbivory is thought to depend on intrinsic plant resistance traits and negatively affect survival and growth of plants. Predators can depress herbivore populations and thereby indirectly limit the consumption of primary producers. The surrounding vegetation is also expected to modify the interactions between a focal plant, its herbivores and their natural enemies. The surrounding vegetation may disrupt the colonisation and the consumption of a focal plant by insect herbivores, providing associational resistance. Increasing diversity of neighbouring vegetation can decrease resource availability or enhance herbivores control by predators. By contrast, associational susceptibility may occur with higher levels of herbivory in a focal plant in more diverse plant communities. We tested 1) the effect of the neighbouring vegetation on the levels of herbivory on seedlings, 2) the indirect impact of predators on herbivores and subsequent herbivory, and 3) the interactions between surrounding vegetation, focal plants, herbivores and predators. We examined the damage caused by insect herbivores on three native broadleaved species. We then compared the importance of taxonomic similarity between seedlings and canopy tree species and the structure and composition of surrounding vegetation at both large- and small-scales. Birds are vertebrate predators likely to limit damage to plants and facilitate plant growth by consuming herbivorous insects. We estimated their effects by excluding them from focal plants, and compared their interactive effects with vegetation diversity or removal. The effects of surrounding vegetation and avian predation were also disentangled on concealed- vs. external-feeding guilds (predation sensitivity) and specialist- vs. generalist-insects.Surrounding vegetation of focal seedlings influences the abundance of insect herbivores and damage. Specialist insects (leaf miners) are affected by the understorey vegetation close to oak seedlings, decreasing with its presence or structural diversity. The damage caused by generalist insects depend on the large-scale composition of plant communities, and increase with tree species richness and cover or on conspecific forest habitats. Exclusion of insectivorous birds affects insect herbivory in a species-specific manner, and also greatly varies with forest habitats and presence of vegetation around focal plants. The indirect effect of bird predation on leaf damage is observed on seedlings beneath noncongeneric canopy trees. The removal of local surrounding vegetation affects the top-down effect of insectivorous birds on insect herbivores, according to their sensitivity to predation and the accessibility of preys. To conclude, our studies provide experimental evidences of interactive effects between bird predation and neighbouring vegetation on insect herbivores and levels of herbivory. These indirect effects are strongly related to the specialisation of herbivores and to their sensitivity to bird predation.