Les plantes, comme tous les êtres vivants, entretiennent un rapport double à leur environnement. L’environnement sélectionne quelles stratégies peuvent s’établir, et les stratégies ainsi sélectionnées façonnent en retour cet environnement. Cette boucle de rétroaction environnementale, lorsqu’elle est alimentée par une variabilité de formes, est le moteur de l’évolution, de l’assemblage des communautés et du développement écosystémique, et détermine en fin de compte les propriétés émergentes des écosystèmes.Les approches issues de l’écologie théorique reconnaissent depuis longtemps cette dualité, comme en témoignent les concepts de "niche de besoin" et "niche d’impact" au cœur de la théorie contemporaine de la niche. Similairement, les approches type « théorie des jeux » comme la dynamique adaptative reconnaissent le rôle central joué par la boucle de rétroaction environnementale en tant que moteur des dynamiques éco-évolutives.Dans cette thèse, j'unifie ces deux perspectives théoriques et les applique à des problèmes écologiques variés, dans le but de comprendre comment les interactions réciproques entre les plantes et leur environnement déterminent les traits adaptatifs des plantes et les propriétés émergentes des écosystèmes.Dans un premier temps, je propose un cadre mathématique général et rigoureux à la théorie contemporaine de la niche et la méthode graphique qui lui est associée. Après avoir étendu ce cadre à la prise en compte d’un continuum de stratégies en interaction à l’aide d’enveloppes géométriques, je montre comment appliquer la théorie contemporaine de la niche à deux perspectives, à savoir les dynamiques éco-évolutives et l’assemblage de communautés par remplacements successifs de stratégies.Dans un second temps, j’applique cette approche à l’étude de l’évolution des défenses des plantes contre les herbivores le long de gradients de nutriments, en considérant l’évolution des traits d’acquisition de la ressource, de tolérance et de résistance aux herbivores. Je montre que la prise en compte des transferts trophiques conduit à la sélection de stratégies compétitives mais sans défense dans les environnements pauvres, alors que ce sont toujours des stratégies défendues (résistantes, tolérantes, ou la coexistence des deux) qui dominent dans les environnements riches en nutriments. Mes résultats mettent en évidence le rôle central joué par la rétroaction plante-herbivores dans la détermination des patrons de défense des plantes.Dans un troisième temps, je montre comment la théorie contemporaine de la niche peut être étendue pour prendre en compte la facilitation. J’utilise ensuite cette approche pour montrer comment la colonisation d’un substrat nu par une communauté de plantes fixatrices d’azote couplée au recyclage des nutriments peut donner naissance à de la succession par facilitation. Contrairement aux modèles habituels de succession, je montre que la succession par facilitation donne lieu à un développement autogène de l’écosystème ainsi qu’un régime de bistabilité entre la végétation et le substrat nu en fin de succession. Enfin, je propose une nouvelle théorie de la succession basée sur les ratios de ressources.Pris dans leur ensemble, ces nouveaux développements démontrent que la théorie de la niche peut être adaptée à l’étude d’un large champ de situations écologiques, de la facilitation aux dynamiques éco-évolutives et à l’assemblage des communautés. Dans ce cadre conceptuel, mon approche basée sur les enveloppes s’avère être un outil efficace pour passer de l’échelle individuelle à l’échelle de l’écosystème, en assimilant le remplacement adaptatif d’espèces à une plasticité des propriétés écosystémiques. Cette approche permet alors de décrire l’émergence des boucles de régulation qui contrôlent le fonctionnement des écosystèmes, comme l’illustrent mes résultats le long de gradients de nutriments sur la transition entre régimes de succession ou encore l’émergence de culs-de-sac trophiques. / As living organisms, plants present a dual relationship with their biotic and abiotic environment. The environment selects plant strategies that can establish, and selected strategies in turn impact and shape the environment as they spread. When fueled by variation ,this environmental feedback loop drives evolution, community assembly and ecosystem development, and eventually determines the emergent properties of ecosystems.Theoretical ecology approaches have long recognized this duality, as it is at the core of contemporary niche theory through the concepts of requirement and impact niche. Similarly, game-theoretical approaches such as adaptive dynamics have emphasized the role played by the environmental feedback loop in driving eco-evolutionary dynamics. However, niche theory could benefit from a more individualistic, selection based perspective, while adaptive dynamics could benefit from niche theory’s duality and graphical approach.In my dissertation, I unify these theoretical perspectives and apply them to various ecological situations in an attempt to understand how the reciprocal interaction between plants and their environment determines plant adaptive traits and emergent ecosystem functions.First, I introduce a general and rigorous mathematical framework to contemporary niche theory and the associated graphical approach. By extending these ideas to a continuum of interacting strategies using geometrical envelopes, I show how contemporary niche theory enables the study of both eco-evolutionary dynamics and community assembly through species sorting. I show how these two perspectives only differ by the range of invaders considered, from infinitesimally similar mutants to any strategy from the species pool. My results also emphasize the fact that selection only acts on the requirement niche, evolution of the impact niche being just an indirect consequence of the former.Second, I use this approach to study the evolution of plant defenses against herbivores along a nutrient gradient, by considering the joint evolution of resource acquisition, tolerance and resistance to herbivores. I show that trophic transfers lead to the selection of very competitive, undefended strategies in nutrient-poor environments, while defended strategies -- either resistant, tolerant or the coexistence of both -- always dominate in nutrient-rich environments. My results highlight the central, and often underestimated, role played by plant-environment feedbacks in shaping plant defense patterns.Third, I extend contemporary niche theory to facilitation originating from positive environmental feedback loops. I use these new tools to show how colonization of a bare substrate by a community of nitrogen-fixing plants coupled with nutrient recycling can lead to facilitative succession. Contrarily to previous competition-based succession models, I point out that facilitative succession leads to autogenic ecosystem development, relatively ordered trajectories and late succession bistability between the vegetated ecosystem and the bare substrate. By showing how facilitative succession can turn into competition-based succession along an increasing nitrogen gradient, I derive a new resource-ratio theory of succession.Overall, these new theoretical developments demonstrate that niche theory can be adapted to study a broad range of ecological situations, from facilitation to eco-evolutionary dynamics and community assembly. Within this framework, my envelope-based approach provides a powerful tool to scale from the individual level to the ecosystem level, lumping selection-driven species turnover into plastic ecosystem properties. This, is turn, helps describing the emergence at the ecosystem scale of regulation feedback loops that drive ecosystem dynamics and functioning, as exemplified by my results along increasing resource gradients showing a transition from facilitation- to competition-based succession or the emergence of trophic dead-ends.

The aim of the study is to investigate a selection of picture books about the start of school to see how children's transitions from preschool to preschool class are depicted. This is to further investigate whether picture books can be used as a complement to transition activities. Through this study, we aim to gain more knowledge about whether the books in the study could serve as a complement to transition activities.  In total, six picture books have been processed using close-up reading as a method and the developmental ecological niche theory. Previous research shows that the transition between preschool and preschool class is a problem area where there are major shortcomings in the interaction between these different activities. Therefore, the study aims to investigate a transitional activity without collaboration requirements for the activities. The results show that the characters in the picture books place the greatest emphasis on the community rather than the teaching and education in school. The social interaction and emotions are close in the plot and are difficult to distinguish as they often reflect each other. / Syftet med studien är att undersöka ett urval av bilderböcker om skolstarten för att se hur barns övergångar från förskola till förskoleklass skildras. Detta för att vidare undersöka om bilderböcker kan användas som komplement till övergångsaktiviteter. Genom denna undersökning strävar vi efter att få mer kunskap kring huruvida böckerna i studien skulle kunna fungera som ett komplement till övergångsaktiviteter. Totalt har sex bilderböcker bearbetats med hjälp av närläsning som metod och den utvecklingsekologiska nischteorin.  Den tidigare forskningen visar att övergången mellan förskola och förskoleklass är ett problemområde där stora brister finns i samverkan mellan dessa olika verksamheter. Därav eftersträvar studien att undersöka en övergångsaktivitet utan samverkanskrav för verksamheterna.  Resultatet visar att karaktärerna i bilderböckerna lägger störst vikt vid gemenskapen snarare än undervisningen och utbildningen i skolan. Det sociala samspelet och känslor ligger nära i handlingen och är svåra att särskilja då de ofta återspeglar varandra.

<p>Biological invasion is a major and growing threat to global biodiversity and human well-being, but research on the impacts of invaders on their recipient environments lags behind that on the mechanisms driving invader establishment and spread. The total impact of an invader is defined by its range size, abundance per unit area, and per-capita effect, with both per-capita effects and abundance varying over time and across the invader’s range. These context-dependencies are determined, in part, by functional differentiation between the invader and its recipient system. In this thesis, I investigate how functional differentiation between invaders and their recipient communities regulates the impact of plant invaders on community diversity and/or biomass production.</p> <p>First, I compare the effects of invasive Callery pear (<em>Pyrus calleryana</em> Decne.) to functionally similar native trees in three early-successional meadow environments in Indiana’s eastern corn belt plains. Despite my prediction that <em>P. calleryana</em> would have greater negative effects on the total biomass and diversity of the understory plant community compared to native trees, I found that <em>P. calleryana</em> had no significant impact on total cover, species richness, or Shannon’s or Simpson’s diversity indices for the understory community, compared to native <em>Liriodendron tulipifera</em> L., <em>Platanus occidentalis</em> L., or non-tree control plots. Likewise, <em>P. calleryana</em> had no significant impact on the native, introduced, woody, or native tree subsets of the understory community. These results indicate that the trait differences between <em>P. calleryana</em> and functionally similar native trees – and thus the per-invader effect of <em>P. calleryana</em> on its recipient community – are not of a great enough magnitude to produce changes in the understory community composition of these highly invaded, low diversity meadow environments with relatively new and sparse <em>P. calleryana</em> invasions. </p> <p>I then investigate the role of functional overlap in moderating invader impacts in California serpentine grassland communities through the lens of classic niche theory, which predicts that functional differentiation minimizes competition and therefore allows functionally distinct invaders to achieve higher establishment success but lower per-capita effects on their recipient communities. I tested this prediction by establishing small-scale experimental communities composed of individual or multiple functional groups differentiated by phenology – early-season annuals, nitrogen-fixing early-season annuals, and late-season annuals – and seeding these communities with early- or late-season invaders. I found that as invader density increased, effects on resident community biomass depended on complex patterns of invader and resident functional overlap. Across all resident community functional groups, the high density of early-season invaders enables them to capture a greater portion of total community biomass than late-season invaders, but early-season invaders reduce the ratio of resident:total invader biomass production by less, per-unit-biomass, than late-season invaders. These results highlight the need to consider both niche and fitness differences in predicting invader impacts and the complex nature of resident-invader interactions, which may not be sufficiently captured by coarse functional groups.</p>

Les modèles d'occupation de niche au sein des communautés locales, la variabilité spatiale de la biodiversité le long des gradients environnementaux du stress et des perturbations, et les processus de succession végétale sont plusieurs sujets fondamentaux en écologie. Récemment, l'approche basée sur les traits est apparue comme un moyen prometteur de comprendre les processus structurant les communautés végétales et cette approche a même été proposée comme méthode pour reconstruire l'écologie communautaire en fonction des traits fonctionnels. Par conséquent, lier ces thèmes fondamentaux en utilisant une lentille fonctionnelle devrait nous donner un aperçu de certaines questions fondamentales en écologie et sera l'objectif principal de ma thèse. En général, mon projet de doctorat vise à étudier les structures de l'occupation de l'espace fonctionnel dans les gradients spatio-temporels. Plus précisément, l'objectif du chapitre 2 est (i) d'étudier les modèles d'occupation de la niche fonctionnelle en calculant trois métriques clés de niche (le volume total de niche fonctionnelle , le chevauchement des niches fonctionnelles et le volume de niche fonctionnel moyen) des communautés pauvres en espèces aux communautés riches en espèces et (ii) de déterminer le principal facteur de la structure observée de l'occupation de la niche fonctionnelle dans les communautés végétales du monde entier. Dans le chapitre 3, je vise à prédire et à expliquer la variation de la richesse en espèces selon les gradients de stress et de perturbation, en reliant le modèle d'équilibre dynamique et l'occupation de la niche fonctionnelle en fonction du cadre développé au chapitre 2. L'objectif du chapitre 4 est de tester expérimentalement l’application d'une méthode d'ordination CSR évaluée globalement en fonction de trois traits de feuilles (surface foliaire, teneur en matière sèche des feuilles et surface foliaire spécifique) dans les études locales. Enfin, l'objectif du chapitre 5 est de tester expérimentalement les hypothèses qui concilient les points de vue déterministes et historiquement contingents de la succession végétale, en étudiant la variation des divergences taxonomiques et fonctionnelles entre les communautés selon des gradients de stress et de perturbation. L'étude globale (chapitre 2) est basée sur une collection de 21 jeux de données, couvrant les biomes tropicaux et tempérés, et se compose de 313 communautés végétales représentant différentes formes de croissance. Les études locales (chapitre 3, 4 et 5) sont basées sur le même système expérimental constitué de 24 mésocosmes présentant différents niveaux de stress et de perturbation. L'expérience a commencé en 2009 avec le même mélange de graines de 30 espèces herbacées semées sur les 24 mésocosmes et s'est terminée en 2016. Nous avons permis la colonisation naturelle de graines de la banque commune de graines de sol et de l'environnement pendant la succession de sept ans. Dix traits ont été mesurés sur cinq individus (échantillonnés directement à partir des mésocosmes) par espèce par mésocosme en 2014 (chapitre 3 et 4). Un autre ensemble de traits (16 traits, y compris certains traits qui ne pouvaient pas être mesurés directement dans les mésocosmes), ont été mesurés au niveau de l'espèce (valeurs moyennes des traits) pour les 34 espèces les plus abondantes (certaines espèces disparues dans les mésocosmes) au cours des sept Ans, en les regroupant séparément pour une saison de croissance. Au chapitre 2, nous avons constaté que les communautés étaient plus diverses en termes fonctionnels (une augmentation du volume fonctionnel total) dans les communautés riches en espèces et que les espèces se chevauchaient davantage au sein de la communauté (augmentation du chevauchement fonctionnel), mais ne divisaient pas plus finement l'espace fonctionnel (aucune réduction du volume fonctionnel moyen). En outre, le filtrage de l'habitat est un processus répandu qui conduit à la caractérisation de l'occupation de niche fonctionnelle dans les communautés végétales. Dans le chapitre 3, nous avons trouvé un modèle similaire d'occupation de niche fonctionnelle sur un système expérimental avec une taille spatiale communautaire constante et un effort d'échantillonnage des traits, qui, avec le chapitre 2, nous a fourni une image plus complète et plus solide de l'occupation de niche fonctionnelle dans les communautés végétales. De plus, nous avons réussi à relier le modèle de l'occupation de la niche fonctionnelle et le modèle d'équilibre dynamique et avons constaté que le filtrage concurrentiel était le processus dominant qui détermine le mode d'occupation de la niche fonctionnelle et la richesse des espèces le long du stress et de la perturbation des gradients. Au chapitre 4, nous fournissons un soutien empirique à une méthode d'ordination CSR calibrée globalement en montrant une relation entre l'abondance relative d'espèces en croissance dans les mésocosmes ayant différents niveaux de fertilité du sol et mortalité indépendante de la densité et leur classification CSR. Au chapitre 5, nous avons montré que la succession d'installations au cours de sept ans dans ces mésocosmes était plus déterministe d'un point de vue fonctionnel, mais plus historiquement contingent d'un point de vue taxonomique et que l'importance relative de la contingence historique a diminué à mesure que l'environnement devenait plus stressé ou perturbé. En conclusion, les structures de l'occupation de l'espace fonctionnel dans (le volume fonctionnel total, le chevauchement fonctionnel et le volume fonctionnel moyen, les Chapitre 2 et 3) ou entre les communautés locales (dissimilarité fonctionnelle, chapitre 5) sont déterministes plutôt que neutres (ou contingence historique ). Les espèces tolératrices de stress sont plus avantagées dans les mésocosmes moins fertiles tandis que les espèces rudérales sont plus avantagées dans les mésocosmes avec plus de mortalité indépendante de la densité. / Abstract : The patterns of niche occupancy within local communities, the spatial variability of biodiversity along environmental gradients of stress and disturbance, and the processes of plant succession are several fundamental topics in ecology. Recently, the trait-based approach has emerged as a promising way to understand the processes structuring plant communities and has even been proposed as a method to rebuild community ecology based on functional traits. Therefore, linking these fundamental themes through a functional lens should give us more insight into some basic questions in ecology and will be the main objective of my thesis. Generally, my PhD project is to investigate the structures of functional space occupancy along both spatial and temporal gradients. Specifically, the objective of Chapter 2 is to investigate the patterns of functional niche occupancy by calculating three key niche metrics (the total functional niche volume, the functional niche overlap and the average functional niche volume) from speciespoor communities to species-rich communities and to determine the main driver of the observed pattern of functional niche occupancy across plant communities worldwide. In Chapter 3, I aim to predict and explain the variation of species richness along gradients of stress and disturbance, by linking the dynamic equilibrium model and functional niche occupancy based on the framework developed in Chapter 2. The objective of Chapter 4 is to experimentally test the application of a globally calibrated CSR ordination method based on three leaf traits (leaf area, leaf dry matter content and specific leaf area) in local studies. Finally, the aim of Chapter 5 is to experimentally test the hypotheses reconciling the deterministic and historically contingent views of plant succession, by investigating the variation of taxonomic and functional dissimilarities between communities along gradients of stress and disturbance. The global study (Chapter 2) is based on a collection 21 trait datasets, spanning tropical to temperate biomes, and consisting of 313 plant communities representing different growth forms. The local studies (Chapter 3, 4 and 5) are based on the same experimental system consisting of 24 mesocosms experiencing different levels of stress and disturbance. The experiment started in 2009 with the same seed mixture of 30 herbaceous species broadcast over the 24 mesocosms and ended in 2016. We allowed natural colonization of seeds from the common soil seed bank and from the surroundings during the seven-year succession. Ten traits were measured on five individuals (sampled directly from the mesocosms) per species per mesocosms in 2014 (Chapter 3 and 4). Another set of traits (16 traits including some traits that were not able to measured directly in the mesocosms) were measured at the species level (species mean traits values) for the 34 most abundant species (some species disappeared in the mesocosms) over the seven years, by regrowing them separately for one growing season. In Chapter 2, we found communities were more functionally diverse (an increase in total functional volume) in species-rich communities, and species overlapped more within the community (an increase in functional overlap) but did not more finely divide the functional space (no decline in average functional volume). Moreover, habitat filtering is a widespread process driving the pattern of functional niche occupancy across plant communities. In Chapter 3, we found a similar pattern of functional niche occupancy on an experimental system with a constant community spatial size and trait-sampling effort, which together with Chapter 2 provided us a more comprehensive and robust picture of functional niche occupancy across plant communities. In addition, we succeeded in linking the pattern of functional niche occupancy and the dynamic equilibrium model and found that habitat filtering was the dominant process determining the pattern of functional niche occupancy and species richness along the gradients stress and disturbance. In Chapter 4, we provide empirical support for a globally calibrated CSR ordination method by showing a relationship between the relative abundance of species growing in mesocosms having different levels of soil fertility and density-independent mortality and their CSR classification. In Chapter 5, we showed that plant succession over seven years in these mesocosms was more deterministic from a functional perspective but more historically contingent from a taxonomic perspective, and that the relative importance of historical contingency decreased as the environment became more stressed or disturbed. In conclusion, the structures of functional space occupancy within (the total functional volume, the functional overlap and the average functional volume; Chapter 2 and 3) or between local communities (functional dissimilarity, Chapter 5) are deterministic rather than neutral (or historical contingency). Stress-tolerators were more favored in high stress communities, while ruderals are more favored in high disturbed mesocosms (Chapter 4).

Cette thèse porte sur l’analyse des dimensions spatiale et temporelle du fonctionnement et de la diversité taxonomique et fonctionnelle d’une guilde. Au sein d’une guilde, les espèces exploitent un même type de ressources; pour cette raison, les niches écologiques fondamentales des membres d’une guilde sont similaires et une relation de compétition interspécifique se met en place si la ressource partagée est limitante. Quatre questions principales sur le fonctionnement d’une guilde ont été abordées : (1) à quelles échelles spatio-temporelles se structurent la guilde et les ressources exploitées, (2) quelles sont les influences respectives des filtres environnementaux et des interactions interspécifiques sur les traits fonctionnels des membres de la guilde, (3) quelle est la stratégie d’exploitation de ressources d’un membre de la guilde face à une faible disponibilité de ressources et (4) quel est l’impact du contexte climatique sur la structure d’une guilde et de son réseau trophique, et sur le degré de spécialisation écologique des espèces de la guilde sur la ressource. Le modèle biologique de cette étude a été une guilde de parasitoïdes de pucerons de céréales (Hymenoptera : Braconidae : Aphidiinae). Ces parasitoïdes s’attaquent aux pucerons (Homoptera : Aphididae) inféodés aux céréales dans les agroécosystèmes. Les variations d’abondance relative des parasitoïdes et de leurs hôtes ont été importantes aux échelles interrégionale et interannuelle, mais très faibles à l’échelle intra-régionale. La divergence des traits fonctionnels des parasitoïdes s’est maintenue sur trois régions et deux années, et le contexte local a influencé les traits de la guilde dans son ensemble. Pendant la saison hivernale, une période marquée par une faible densité de pucerons, le parasitoïde Aphidius rhopalosiphi a présenté des stratégies contrastées pour maximiser sa fitness en exploitant les hôtes Sitobion avenae et Rhopalosiphum padi, mais une forte spécialisation écologique sur le terrain a été observée en présence d’une espèce compétitrice : Aphidius avenae. Cette présence a pu être corrélée à une hausse des températures hivernales. / This thesis is an analysis of the spatial and temporal dimensions of the functioning and taxonomic and functional diversity of a guild. In a guild, species exploit the same type of resources; consequently, fundamental ecological niches of guild members are similar and an interspecific competitive relationship is established if shared resources are limiting. Four main questions on the functioning of a guild are addressed: (1) the spatiotemporal scales to which guilds the guild and its exploited resources are structures, (2) the respective weight of environmental filtering and interspecific interactions on the configuration of realized niches of guild members, (3) the strategy of resource exploitation in a guild member facing low resource availability and (4) the impact of climatic context on the structure of a guild and its food web, and the degree of specialisation on resources. The biological model chosen in this study was a cereal aphid parasitoid guild (Hymenoptera: Braconidae: Aphidiinae). Those parasitoids attack aphids (Homoptera: Aphididae) in agroecosystems, which are anthropised environments marked by high disturbance rates and in which host resources are variable in density and in quality. Relative abundance variations in parasitoids and in their hosts were considerable at interregional and interannual scales, but weak at the intra-regional scale. Functional trait divergence in parasitoids was maintained across three regions and two years, and regional and annual environmental contexts influenced guild traits as a whole. In winter, a period marked by low aphid density, the parasitoid Aphidius rhopalosiphi presented contrasted strategies to maximise fitness whilst exploiting Sitobion avenae and Rhopalosiphum padi hosts, but a high degree of ecological specialisation in the field was observed in the presence of a competitive species, Aphidius avenae. This presence was correlated to an increase in winter temperatures.