Cette thèse participe à accroitre les connaissances sur les facteurs régissant la structures des communautés benthiques de la Grande Vasière (GV) du Golfe de Gascogne. Une attention particulière a été portée au rôle du chalutage de fond, dont l’intensité a été estimée à l’aide des données VMS. A l’échelle de la GV, nos résultats suggèrent que le chalutage de fond serait le principal moteur de structuration du mégabenthos (> 10 mm). Cependant, cette hypothèse n’a pu être formellement démontrée en raison de la co-variation entre l’activité de pêche et certaines caractéristiques environnementales. Par conséquent, les travaux ont été poursuivis sur une zone restreinte de la GV, choisie de manière à minimiser les variations dans l’habitat, tout en conservant un large gradient d’intensité de chalutageNous avons ainsi observé des modifications saisonnières et temporaires de la structure des communautés méga et macro-benthiques (>1 mm) en lien avec le chalutage. Ils proviendraient essentiellement d’une disponibilité alimentaire accrue pour les prédateurs-charognards de la mégafaune et de modifications des caractéristiques sédimentaires pour la macrofaune. En revanche, l’étude de la diversité fonctionnelle montre que ces changements n’ont que des répercussions mineures sur le fonctionnement de l’écosystème. Nos conclusions suggèrent que l’écosystème benthique de la GV a probablement été façonné par plusieurs décennies de pêche intensive et qu’il est actuellement adapté à des perturbations anthropiques chroniques / This PhD thesis aims at increasing the knowledge on factors influencing the benthic community structures of the « Grande Vasière » (GV) of the Bay of Biscay. Particular attention has been paid to the role of bottom trawling whose intensity has been estimated using VMS data. At the scale of the GV, our results suggest that bottom-trawling is the main driver of the megabenthic community structure (> 10mm). However, this hypothesis has not been formally demonstrated due to the co-variations between the trawling intensity and certain environmental characteristics. Hence, works continued on a restricted part of the GV that displayed minimal variations of environmental characteristics while exhibiting a wide gradient of trawling intensityResults suggest that bottom-trawling induces seasonnal and transient modifications on the mega and macrobenthic (> 1mm) communities. These changes could be due to an increase of food availability for the megabenthic predator-scavengers and to changes of sedimentary characteristics for macrofauna. However, investigation about functional diversity showed that these changes did not have major consequences on ecosystem functioning. We concluded that decades of bottom trawling may have shaped the benthic ecosystem of the GV and that it is currently adapted to frequent disruptions.

Le mutualisme entre les plantes et les champignons arbusculaires mycorhiziens est extrêmement répandu (~ 80% des plantes sont colonisées par ces organismes) et ancien (il ya plus de 450 millions d'années). Cette relation symbiotique est une composante essentielle du fonctionnement des écosystèmes et de leur productivité, et est fortement impliqué dans le cycle de deux éléments clés: le phosphore et le carbone. Le maintien de ce mutualisme est devenu particulièrement important dans le contexte actuel de perte de biodiversité. Un des objectifs de cette thèse était de comprendre la stabilité de ce mutualisme. L'accent a tout d'abord été mis sur les échanges de nutriments impliqués dans cette symbiose, en testant si la plante hôte et les symbiotes fongiques sont capables de discriminer leurs différents partenaires, et d'allouer davantage de ressources aux partenaires fournissant plus de nutriments. J'ai ensuite étudié la possibilité de l'implication de la plante hôte dans la protection des symbiotes mycorhiziens via un transfert de métabolites secondaires dans les hyphes. Nous avons alors pu emettre une nouvelle hypothèse suggérant que la protection en métabolites secondaires venant de la plante serait positivement corrélée avec le niveau de coopération (à savoir le transfert des nutriments) du champignon symbiotique. L'echelle d'étude est ensuite passée de l'individu à la communauté en étudiant les effets de la diminution de la diversité végétale sur la diversité des symbiotes racinaires. Pour ce faire, des analyses moléculaires et des outils novateurs ont été utilisés, tels que le séquençage à haut débit. Pour faciliter encore l'étude des séquences obtenues et d'autres séquences fongiques, j'ai collaboré avec des collègues afin de créer une base de données 'Phymyco-DB' rendue publique en 2012. Enfin, je discute de l'implication du mutualisme mycorhizien dans le contexte des systèmes agricoles actuels et propose de nouvelles trajectoires pour gérer ces systèmes. Ce projet de thèse apporte un nouvel éclairage sur la façon dont fonctionnent ces interactions entre les plantes et champignons MA et sur la manière dont ils façonnent les processus écologiques et les trajectoires évolutives dans les écosystèmes naturels et agricoles. Ces points sont d'une importance majeure pour développer une agriculture plus écologiquement intensive et durable. Le projet a fourni de nouvelles connaissances et perspectives sur la perte de la diversité végétale, et ses conséquences pour la stabilité de la symbiose AM. Comme les champignons mycorhiziens sont essentiels dans les processus des écosystèmes et l'entretien de la fertilité des sols, ce travail devrait avoir un large impact dans (i) la politique de protection des sols, (ii) la recherche sur l'amélioration des plantes et (iii) la conception de systèmes agricoles durables. / The mutualism between plants and arbuscular mycorrhizal fungi is extremely widespread (~ 80% of plants are colonized by these organisms) and ancient (over 450 million years ago). This symbiotic relationship is an essential component of healthy ecosystem functioning and productivity, and is strongly involved in the cycle of two key elements: phosphorus and carbon. Maintaining this mutualism has become especially important in the current context of a biodiversity loss. One goal of this thesis was to understand the stability of the mutualism. I first focused on nutrient exchange, testing whether plant host and fungal symbionts are able to discriminate among partners, and allocate more resources to those individuals providing more nutrients. I then explored the possibility of the host-plant involvement in the protection of mycorrhizal symbionts via a transfer of secondary metabolites into fungal hyphae. We introduced a new hypothesis suggesting that chemcial protection from the plant is positively correlated with the level of cooperation (i.e. nutrient transfer) of the fungal symbiont. I then moved from the individual to the community by studying the effects of decreasing plant diversity on the diversity of root symbionts. To this aim, I utilized molecular analyzes and innovative tools, such as high throughput sequencing. To further facilitate the study of the obtained sequences and other fungal sequences, I worked with colleagues to create a database ‘Phymyco-DB’ which was released to the public in 2012. Finally, I discuss the implication of the mycorrhizal mutualism in the context of current agricultural systems and propose new trajectories to manage these systems. This PhD project provides new insights on how plant and AM fungi interactions work and how they shape ecological processes and evolutionary trajectories in natural and agricultural ecosystems. These points are of major importance to develop a more ecologically intensive agriculture. The project has provided new knowledge and perspectives on the loss of plant diversity, and its consequences for AM symbiosis stability. As arbuscular mycorrhizal fungi are essential in ecosystem processes and soil fertility maintenance, this work should have a broad impact in (i) the soil protection policy, (ii) the research on plant breeding and (iii) the design of sustainable agricultural systems.

La compréhension des processus contrôlant le fonctionnement des mangroves est capitale au vu des services socio-économiques/écosystémiques rendus par ces écosystèmes et des menaces qu’ils subissent. En Guyane Française, les mangroves se développent rapidement en réponse aux contraintes sédimentaires récurrentes induites naturellement par les apports sédimentaires amazoniens. Cette thèse étudie la structure et la composition de trois classes de taille de communautés benthique (méso, macro, mégafaune), et les activités de bioturbation associées (remaniement sédimentaire biologique : RS, terriers) dans les jeunes stades de mangrove. 51 taxons de méso-macrofaune et 12 espèces de crabes (mégafaune) ont été identifiés. Bien que la biodiversité benthique soit spécifique à l'âge de la mangrove, des taxons tolèrent les modifications brusques du milieu, et cette persistance maintient des fonctions clés du remaniement sédimentaire tout au long du développement des mangroves. L’intensité du RS varie le long de ce gradient (21-146 g PS.m-2.cycle tidal-1). Si les crabes dominent le RS, cette thèse souligne la contribution effective de la méso-macrofaune aux transports particulaires. Les communautés benthiques montrent des capacités de bioturbation adaptées aux instabilités récurrentes du littoral. Les variations du RS au cours du temps pourraient indiquer l’état fonctionnel des mangroves. Cette étude conclut que l’hétérogénéité morpho-sédimentaire au sein des jeunes stades de mangroves influence la structuration spatiale des crabes, le remaniement sédimentaire qu’ils induisent, et la morphologie des terriers. Les microhabitats devraient être considérés lors de l'évaluation du rôle fonctionnel de la faune benthique des mangroves. / Understanding the processes that control mangroves functioning is essential regarding the socioeconomic/ecosystemic services these ecosystems provide and the increasing threats they suffer. In French Guiana, mangroves grow rapidly in response to natural sedimentary perturbations caused by sediment inputs from the Amazon River. This thesis characterizes the structure and the composition of benthic fauna communities (three size classes: meso-, macro- and megafauna) and the associated bioturbation activities (biological sediment reworking: SR, burrows) in mangrove early growth stages. 51 meso- macrofaunal taxa and 12 crab (megafauna) species were identified.Despite a mangrove age specific biodiversity, some taxa tolerate abrupt environmental changes, and such persistence maintains key sediment reworking functions along mangrove development.The SR intensity varies along this gradient from 21 to 146 g DW.m-2.tidal cycle-1. Burrower crabs dominate the SR but this thesis also outlines the non-negligible contribution of smaller-sized (meso- and macrofauna) organisms to particulate transport. Benthic communities’ bioturbation capacities are adapted to recurrent environmental instabilities. Changes of the biologicallyinduced SR may be used as a proxy of the functional status of mangrove ecosystems. This study concludes that morpho-sedimentary heterogeneity of early-growth mangrove stages influences crab spatial structuration, the crab-induced sediment reworking and burrow shapes. Thus, microhabitat specificities should be considered when evaluating the role of benthic fauna in mangroves ecosystem functioning.

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Made available in DSpace on 2014-12-17T14:33:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IgorGB_DISSERT.pdf: 695705 bytes, checksum: 0611f2165b1e05afa1e64ceaedeacebb (MD5) Previous issue date: 2012-08-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / High levels of local, regional, and global extinctions has progressively simplified communities in terms of both species and ecosystem functioning. Theoretical models demonstrated that the degree of functional redundancy determines the rates of functional group loss in response to species extinctions. Here, we improve the theoretical predictions by incorporating in the model interactions between species and between functional groups. In this study, we tested the effect of different scenarios of interspecific interactions and effects between functional groups on the resistance to loss of community functional groups. Virtual communities have been built with different distribution patterns of species in functional groups, both with high and low evenness. A matrix A was created to represent the net effect of interspecific interactions among all species, representing nesting patterns, modularity, sensitive species, and dominant species. Moreover, a second matrix B was created to represent the interactions between functional groups, also exhibiting different patterns. The extinction probability of each species was calculated based on community species richness and by the intensity of the interspecific interactions that act upon it and group to which it belongs. In the model, successive extinctions decrease the community species richness, the degree of functional redundancy and, consequently, the number of functional groups that remain in the system. For each scenario of functional redundancy, A, and B, we ran 1000 simulations to generate an average functional extinction curve. Different model assumptions were able to generate remarkable variation on functional extinction curves. More extreme variations occurred when the matrix A and B caused a higher heterogeneity in the species extinction probability. Scenarios with sensitive species, positive or negative, showed a greater variation than the scenarios with dominant species. Nested interactions showed greater variation than scenarios where the interactions were in modules. Communities with maximal functional evenness can only be destabilized by the interactions between species and functional groups. In contrast, communities with low functional evenness can have its resistance either increased or decreased by the interactions. The concentration of positive interactions in low redundancy groups or negative interactions in high redundancy groups was able to decrease the functional extinction rates. In contrast, the concentration of negative interactions in low redundancy groups or positive interactions in high redundancy groups was able to increase the functional extinction rates. This model shows results that are relevant for species priorization in ecosystem conservation and restoration / Os n?veis elevados de extin??es locais, regionais e globais t?m simplificado progressivamente comunidades em termos de esp?cies e funcionamento do ecossistema. Modelos te?ricos demonstraram que o grau de redund?ncia funcional determina as taxas de perda de grupos funcionais ? medida que as comunidades sofrem extin??o de esp?cies. Aqui n?s aprimoramos as predi??es te?ricas pela incorpora??o no modelo de intera??es entre esp?cies e entre grupos funcionais. Neste estudo, testamos o efeito de diferentes cen?rios de intera??es interespec?ficas e de efeitos entre grupos funcionais sobre a resist?ncia das comunidades ? perda de grupos funcionais. Comunidades virtuais foram constru?das com diferentes padr?es de distribui??o de esp?cies nos grupos funcionais, tanto com alta quanto com baixa equitabilidade. Uma matriz A foi criada para representar o efeito l?quido das intera??es interespec?ficas entre todas as esp?cies, representando padr?es de aninhamento, modularidade, esp?cies sens?veis ou dominantes. Al?m disto, uma segunda matriz B foi criada para representar as intera??es entre grupos funcionais, tendo tamb?m diferentes padr?es. A probabilidade de extin??o de cada esp?cie foi calculada com base na riqueza de esp?cie da comunidade e pela intensidade das intera??es interespec?ficas que atuam sobre ela e sobre o grupo funcional ao qual ela pertence. No modelo, extin??es de esp?cies sucessivas diminuem a riqueza da comunidade, o grau de redund?ncia funcional e consequentemente o n?mero de grupos funcionais que permanecem no sistema. Para cada cen?rio de redund?ncia funcional, A e B, n?s rodamos 1000 simula??es para gerar uma curva de extin??o funcional m?dia. Diferentes suposi??es do modelo foram capazes de gerar varia??es not?veis nas curvas de extin??o funcional. Varia??es mais extremas ocorreram quando as matrizes A e B definem um efeito diferencial acentuado na probabilidade de extin??o das esp?cies dos grupos funcionais. Cen?rios com esp?cies sens?veis, positivas ou negativas, apresentaram uma maior varia??o que os cen?rios com esp?cies dominantes. Intera??es aninhadas apresentaram maior varia??o do que cen?rios em que as intera??es s?o modulares. Comunidades com redund?ncia funcional m?xima podem somente ser fragilizadas pelas intera??es entre esp?cies e grupos funcionais. Em contraste, comunidades com baixa riqueza funcional pode ter sua resist?ncia aumentada ou diminu?da pelas intera??es. A concentra??o de intera??es positivas in grupos de baixa redund?ncia ou intera??es negativas em grupos de alta redund?ncia foi capaz de diminuir as taxas de extin??o funcional. Em contraste, a concentra??o de intera??es negativas em grupos de baixa redund?ncia ou de intera??es positivas em grupos de alta redund?ncia foi capaz de aumentar as taxas de extin??o funcional. Este modelo apresenta resultados relevantes para prioriza??o de esp?cies em trabalhos de conserva??o e restaura??o dos ecossistemas

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Résumé : La décomposition des litières végétales a été décrite comme étant la deuxième plus importante fonction écosystémique sur terre, après la productivité primaire. Alors que la photosynthèse fournit les apports énergétiques à la plupart des chaînes alimentaires, la décomposition recycle les nutriments, permet leur utilisation future par d’autres organismes et relargue dans l’atmosphère le carbone fixé photosynthétiquement. Dans un contexte de changement climatique, un grand intérêt est porté sur la décomposition des litières, car il s’agit, à l’échelle globale, de la plus grande source d’émission de CO[indice inférieur 2] dans l’atmosphère. Les taux de décomposition des litières sont principalement déterminés par trois facteurs: les variables climatiques, la structure des communautés de décomposeurs et les propriétés chimiques et physiques de la litière. La structure de la communauté végétale hôte dans laquelle se produit la décomposition et d’où provient la litière peut influencer l’ensemble de ces trois facteurs. Des changements dans la structure de la communauté végétale pourraient donc affecter les futurs taux de décomposition et modifier significativement les dynamiques globales du carbone. Malgré cela, la communauté hôte est rarement prise en compte dans les études sur la décomposition des litières. Des expériences enlèvent souvent la litière de son environnment naturel de décomposition, mesurant la décomposition des litières à partir de monolithes ou de microcosmes en laboratoire, afin de contrôler les variations indésirables des propriétés du sol. Dans ce mémoire, j’étudie les effets de plusieurs propriétés fonctionnelles de la communauté végétale hôte sur les taux de décomposition des litières et leur contribution à la respiration du sol. En utilisant une plantation expérimentale d’arbres qui permet de manipuler la structure de leur communauté, je teste l’effet de l’identité fonctionnelle des arbres, des espèces et de la diversité fonctionnelle, ainsi que des interactions entre décomposeurs et arbres sur ces processus écosystémiques. La décomposition des litières et la respiration du sol sont liées aux propriétés fonctionnelles des plantes. La décomposition des litières est bien prédite par les valeurs moyennes de traits fonctionnels des litières, mais plus faiblement corrélée à la diversité spécifique. D’après mes résultats, le nombre d’espèces en mélange de litières ne constitue pas un facteur important pour la décomposition, à cause des interactions globalement idiosyncratiques entre types de litières. Cependant, l’augmentation conjointe de la diversité fonctionnelle des mélanges d’espèces en litières et de la communauté d’arbres-hôtes accélère les taux de décomposition et la respiration du sol. Les premières phases de décomposition de litières en surface ne sont que faiblement affectées par la diversité des plantes, alors que pour la respiration du sol, qui prend en compte les dernières phases de décomposition de litière et de matière organique du sol, la diversité est la propriété fonctionnelle de plantes qui fournit le meilleur pouvoir de prédiction. De plus, j’ai trouvé que les apports spécifiques de litières à long terme pouvaient créer des conditions qui favorisent la décomposition des litières native et pouvaient modifier l’effet de la diversité des arbres sur la décomposition. J’attribue cet effet aux rétroactions entre la litière et les organismes décomposeurs du sol. Ce travail de recherche fournit une nouvelle perspective sur les effets des changements de structure de communauté forestière sur les processus de décomposition. La compréhension de ces effets est nécessaire pour prédire les taux de décomposition de litières et les dynamiques globales du carbone. // Abstract : The decomposition of plant litter has been described as the second most important ecosystem function for sustaining life on earth, after primary productivity. Whereas photosynthesis provides the energy input for most food chains, decomposition recycles nutrients for future use by other organisms and returns photosynthetically fixed carbon back to the atmosphere. In the context of climate change, litter decomposition is of specific interest because it represents one of the largest sources of CO[subscript 2] to the atmosphere globally. Rates of litter decomposition are largely determined by three factors: climatic variables, the structure of the decomposer community, and the chemical and physical properties of the litter. The structure of the host plant community under which decomposition takes place and from which the litter is derived can influence all three of these factors. Therefore, any systematic changes in plant community structure could affect future decomposition rates and significantly alter global carbon dynamics. Despite this, the host plant community is rarely considered in litter decomposition studies. Experiments often remove litter from its natural decomposition environment, instead measuring decomposition of litter in common garden settings and laboratory microcosms to control for unwanted variation in soil properties. In this thesis I investigate the effect of several functional properties of the host plant community on rates of litter decomposition and its contribution to soil respiration. Using an experimental tree plantation that manipulates tree community structure, I test the effect of tree functional identity, species and functional diversity, and tree-decomposer interactions on these ecosystem processes. Both litter decomposition and soil respiration were related to plant functional properties. Litter decomposition was best predicted by average-values of litter functional traits and was poorly related to species diversity. The number of species in a litter mixture does not seem to be important for decomposition, as interactions between litter types were idiosyncratic. However increasing the functional diversity both of mixed-species litter and of the host tree community accelerated rates of litter decomposition and soil respiration. Early stages of surface litter decomposition were only marginally affected by plant diversity. In contrast, diversity was the best predictor of soil respiration, which includes latter stages of litter and soil organic matter decomposition. Furthermore, I found that specific repeated litter input to the soil can result in conditions that favour the decomposition of the long-term litter type and can mediate the effect of tree diversity on decomposition. I attribute this effect to feedbacks between the litter and soil decomposer organisms. This research provides insight into the effect of changing forest community structure on decomposition processes. Such an understanding is necessary to predict future rates of litter decomposition and global carbon dynamics.