L'expansion des zones agricoles a conduit à la perte de biodiversité due à la réduction des habitats naturels et semi-naturels dans les paysages agricoles. Avec l'augmentation de la production agricole dans le monde, des techniques écologiquement rationnelles sont de plus en plus discutées qui permettent une gestion durable des habitats environnants. Les effets de ces habitats sur la population des insectes nuisibles et de leurs ennemis naturels sont encore mal connus. L'objectif de cette thèse était de comprendre les effets des environnements naturels et semi-naturels sur la population des insectes nuisibles et des ennemis naturels dans les régions tropicales (Brésil) et tempérées (France). Au Brésil (chapitre II), on a évalué l'effet de la distance des fragments sur la population de fourmis prédatrices et omnivores dans la canne à sucre. Les résultats montrent que la richesse en espèces diminue avec la distance des fragments forestiers et que la prédominance des espèces Dorymyrmex bruneus et Pheidole oxyops augmente. Des espèces de fourmis colonisant les champs de canne à sucre ont également été trouvées dans des fragments forestiers, ce qui suggère que ces derniers habitats sont des refuges pour les espèces de fourmis prédatrices pendant les périodes de perturbation comme la récolte de la canne à sucre ou le travail du sol. Cela a été confirmé par des différences plus fortes dans les communautés de fourmis après la récolte de la canne à sucre (saison sèche) que quatre mois plus tard / (saison des pluies) quand l'absence de perturbation a permis la re-lonosiation par les fourmis. Il y avait aussi une différence dans la richesse des espèces de fourmis entre les différents types de fragments (vallées fluviales et plaines). En France, on a évalué l'effet des bandes de fleurs sauvages, de la végétation spontanée et des bandes d'herbe sur la communauté des ennemis naturels et la régulation du puceron de la pomme rosâtre Dysaphis plantaginaea (chapitre III). En ce qui concerne les principaux ennemis naturels, nos résultats ont montré une densité plus élevée de hoverflies par rapport à d'autres types de bande, mais aucune différence pour les coccinelles (coccinelidae). Cependant, aucune différence de densité naturelle de l'ennemi n'a été observée à l'intérieur des vergers. Le nombre de pucerons était plus élevé près des marges, ce qui suggère que la colonisation à partir des bandes marginales peut contrecarrer les effets régulateurs positifs des ennemis naturels. Les effets positifs de la végétation de la marge de bande sur la régulation des ravageurs de la pomme nécessitent un mouvement d'ennemis naturels dans le verger. Nous avons testé les mouvements des prédateurs généralistes en étiquetant les bandes de marge avec des protéines d'oeufs et nous avons vérifié si elles se nourrissaient d'insectes nuisibles en utilisant l'analyse de marqueurs génétiques des gènes de papillon (Cydia pomonella) à l'intérieur des prédateurs (chapitre IV). Les résultats ont montré que peu de personnes se déplaçaient des marges de champ dans le verger. Cependant, 25% des prédateurs capturés se nourrissaient de C. pomonella indiquant encore un haut niveau de régulation naturelle. En conclusion, le mouvement limité des prédateurs à partir des bandes de marges dans les vergers peut expliquer l'absence de différences entre les traitements de bandes dans la régulation des ravageurs du verger (pucerons). Les habitats naturels et semi-naturels peuvent contribuer à la lutte contre les ravageurs en marge des cultures, mais dans les vergers de pommiers cet effet a fortement diminué avec la distance. / The expansion of agricultural areas has led to the loss of biodiversity due to the reduction of natural and semi-natural habitats in agricultural landscapes. With the increase of agricultural production in the world, environmentally sound techniques are increasingly discussed that allow a sustainable management of surrounding habitats. The effects of these habitats on the population of insect pests and their natural enemies are still poorly understood. The objective of this thesis was to understand the effects of natural and semi-natural environments on the population of insect pests and natural enemies in tropical (Brazil) and temperate (France) regions. In Brazil (Chapter II) the effect of the distance of fragments on the population of predatory and omnivorous ants in sugarcane was evaluated. The results showed that the species richness decrease with distance from forest fragments and that the dominance of the species Dorymyrmex bruneus and Pheidole oxyops increase. Ant species colonizing sugarcane fields were also found in forest fragments suggesting that the latter habitats are shelters for predatory ant species during periods of disturbance such as sugarcane harvest or soil tillage. This was confirmed by stronger differences in ant communities after sugarcane harvest (dry season) than four months later /(rainy season) when absence of disturbance allowed re-colonization by ants. There was also a difference in the richness of ant species between different fragment types (river valleys and plateaus). In France, the effect of wildflower strips, spontaneous vegetation and grass strips on the community of natural enemies and the regulation of the rosy apple aphid Dysaphis plantaginaea (Chapter III) were evaluated. Concerning major natural enemies, our results showed a higher density of hoverflies compared with other strip types but no difference for ladybirds (coccinelidae). No differences in natural enemy densities were observed inside orchards. Aphid number was higher close to the margins suggesting that colonization from margin strips may counteract positive regulatory effects of natural enemies. Positive effects of strip margin vegetation on regulation of apple pests require a movement of natural enemies into the orchard. We tested the movements of generalist predators by labelling margin strips with egg protein and we checked whether they fed on pest insects using genetic marker analysis of codling (Cydia pomonella) moth genes inside predators (chapter IV). The results showed that few individuals were moving from the field margins into the orchard. However, 25% of the captured predators fed on C. pomonella still indicating a high level of natural regulation. In conclusion, the limited movement of predators from margin strips into orchards may explain the absence of differences between strip treatments in orchard pest regulation (aphids). Natural and semi-natural habitats can contribute to pest control at the margins of crops, but in apple orchards this effect strongly decreased with distance.

Le système « plante-ravageur-ennemi naturel » fournit un modèle de base idéal pour comprendre comment les communautés d'arthropodes sont structurées et comment les interactions (directes et indirectes) entre les différents acteurs contribuent à façonner la structure des communautés. Dans les agroécosystèmes, les forces "top-down" correspondent aux effets de contrôle que les organismes arthropodes des niveaux trophiques supérieurs (par exemple, les prédateurs) ont sur les espèces des niveaux inférieurs (par exemple, leurs proies). Les communautés d'arthropodes peuvent également être influencées par des forces "bottom-up" induites par des variations dans les régimes de fertilisation ou d'irrigation ou par des variations de certains traits des plantes (résistance aux herbivores ou adaptations aux stress environnementaux). De plus, les forces "bottom-up" peuvent affecter l'impact "top-down" des ennemis naturels sur les herbivores soit directement (par exemple, les effets sur prédateur omnivore) ou médiées par les insectes herbivores intermédiaires. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse ont été de comprendre comment les variations de l'apport des ressources dans les agroecoécosytsèmes (disponibilité en azote et en eau) peuvent influencer les interactions entre les plantes, les herbivores et les ennemis naturels. Cette question a été étudiée aussi bien à l'échelle individuelle (traits d'histoire de vie des insectes) que populationnelle (dynamique des populations). Les études ont été réalisées sur deux agroécosystèmes basés sur les cultures de la tomate et du coton. / The “Plant-herbivorous insect-natural enemy” system provides an ideal basic model to understand how the plant-inhabiting arthropod communities are structured and how various mechanisms (i.e. direct and indirect interactions) contribute to shape the community structure. In agro-ecosystems, top-down forces encompass the controlling effects that arthropod organisms of the higher trophic level (e.g., predators) have on species at the next lower level (e.g., prey). Arthropod communities may also be influenced by bottom-up forces induced by environmental variations (e.g. fertilization or irrigation regimes) or plant traits (plant insect-resistance or plant-adaptive traits). Furthermore, bottom-up forces may affect top-down forces on herbivores either directly (e.g., effects on omnivorous predator) or mediated by the intermediate herbivorous insects. In this context, the aims of the PhD study were to disentangle how variations in resource inputs (i.e. nitrogen and water availability) affect interactions among plant, herbivores and their natural enemies at both the individual (life-history traits) and population (population dynamic) levels. The studies were carried out on two agrosystems based on tomato and cotton. On tomato, the system 'Solanum lycopersicum L - leafminer Tuta absoluta - omnivorous predator Macrolphis pygmaeus' was used under laboratory and greenhouse conditions in France. We found strong evidence of bottom-up effects of nitrogen and/or water inputs on the herbivore and the omnivorous predator. Feeding ecology of the predator was also strongly influenced by water availability.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:30:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6330.pdf: 2877789 bytes, checksum: ce811f76ae400bc272aa8f7850a18367 (MD5) Previous issue date: 2013-11-11 / Financiadora de Estudos e Projetos / Studies on flora and wildlife are important to help to understand the ecological processes that occur in response to use of management strategies. Hymenoptera are a key group for setting priorities for conservation, since they represent a high proportion of diversity of insects , being easily sampled. The aim of this study was to characterize the fauna of Hymenoptera parasitoids associated with Lepidoptera larvae in agrosilvopastoral and silviagricultural systems and in reforestation area (ecological corridor) of the Fazenda Canchim (Embrapa Pecuária Sudeste), São Carlos, SP, Brazil. Lepidoptera larvae collected with beating tray were kept in the laboratory until the emergence of adults or of their parasitoids. From hosts collected in the reforestation emerged 69 parasitoids, thus identified: Chalcididae, Chalcidinae (Conura); Ichneumonidae, Pimplinae (Neotheronia) and Campopleginae (Charops and Microcharops); and Braconidae, Microgastrinae (Apanteles, Diolcogaster, Distatrix, Glyptapanteles and Protapanteles). From those collected in the agrosilvopastoral and silviagriculture systems 267 hymenopteran parasitoids emerged thus identified: Braconidae, Agathidinae (Alabagrus), Braconinae (Bracon), Microgastrinae (Cotesia, Diolcogaster, Glyptapanteles, Pholetesor and Protapanteles), and Orgilinae (Orgilus); Ichneumonidae, Campopleginae (Casinaria, Charops and Microcharops); Chalcididae, Chalcidinae (Brachymeria and Conura); and Eulophidae, Entedoninae (Horismenus) and Eulophinae (Elachertus and Euplectrus). The environments studied are home to wide variety of genera of Hymenoptera parasitoids through greater availability of food resources for them and for their hosts (immatures and adults). Reforestation practices and use of mixed systems environment should be encouraged. / Estudos da flora e fauna silvestres são importantes por contribuirem para a compreensão dos processos ecológicos que ocorrem em resposta às estratégias de manejo utilizadas. Os Hymenoptera são um grupo-chave para o estabelecimento de prioridades em conservação do ambiente, pois representam alta proporção da diversidade de insetos, sendo facilmente amostrados. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a fauna de Hymenoptera parasitoides associada às larvas de Lepidoptera em área de reflorestamento (corredor ecológico) e nos sistemas agrossilvipastoril e silviagrícola da Fazenda Canchim (Embrapa Pecuária Sudeste), São Carlos, SP, Brasil. Larvas de Lepidoptera coletadas com guarda-chuva entomológico foram mantidas em laboratório até a emergência dos seus adultos ou de seus parasitoides. Das larvas coletadas na área de reflorestamento emergiram 69 Hymenoptera parasitoides, identificados como: Chalcididae, Chalcidinae (Conura); Ichneumonidae, Pimplinae (Neotheronia) e Campopleginae (Charops e Microcharops); e Braconidae, Microgastrinae (Apanteles, Diolcogaster, Distatrix, Glyptapanteles e Protapanteles). Das larvas coletadas nos sistemas agrossilvipastoril e silviagrícola emergiram 267 Hymenoptera parasitoides, sendo identificados como: Braconidae, Agathidinae (Alabagrus), Braconinae (Bracon), Microgastrinae (Cotesia, Diolcogaster, Glyptapanteles, Pholetesor e Protapanteles), e Orgilinae (Orgilus); Ichneumonidae, Campopleginae (Casinaria, Charops e Microcharops); Chalcididae, Chalcidinae (Brachymeria e Conura); e Eulophidae, Entedoninae (Horismenus) e Eulophinae (Elachertus e Euplectrus). Os ambientes estudados abrigam grande diversidade de gêneros de Hymenoptera parasitoides, provavelmente, devido à maior disponibilidade de recursos alimentares para os mesmos e para os seus hospedeiros (formas imaturas e adultos). Práticas de reflorestamento e a implantação de sistemas mistos de utilização do ambiente devem ser estimulados.

Dans un contexte où l’utilisation de substance chimique en agriculture est de plus en plus décriée, il est nécessaire de trouver de nouveaux moyens de protections des cultures, tout en maintenant une agriculture économiquement performante. Ainsi, un peptide extrait de graines de pois nommée PA1b (Pea Albumin 1 sous-unité b), présentant une forte activité insecticide a été découvert au laboratoire. PA1b provoque chez l’insecte modèle du laboratoire, le charançon des céréales Sitophilus sp., 100% de mortalité. L’action de PA1b passe par la liaison à un récepteur présent chez les charançons sensibles, et cette liaison est absente chez les charançons résistants ; ce récepteur est une pompe à protons nommée V-ATPase pour Vacuolar ATPase. Elle est composée de 14 sous-unités organisées en deux complexes protéiques nommés V1 (intracellulaire) et V0 (membranaire). PA1b agissant à l’extérieur des cellules seul le complexe V0 composé des sous - unités a, c, d et e pouvait être le récepteur de notre toxine. Mon premier objectif de thèse a été de comprendre le mode d’action de PA1b, en identifiant d’abord la ou les sous-unités réceptrices de PA1b, puis en recherchant par quel mécanisme la liaison de PA1b induit la mort de l’insecte. Nous avons cloné chez le charançon tous les gènes du complexe Vo, puis j’ai complémenté des levures déficientes pour ces gènes. Ce travail, mais également celui réalisé en collaboration avec d’autres équipes, nous a permis de proposer un modèle de perception de PA1b qui implique les sous-unités c et e de la V-ATPase, et permet également de proposer des hypothèses pour les différentes résistances au peptide. Par des méthodes d’immunohistologie et de biochimie, j’ai ensuite montré de manière concordante que la liaison de PA1b à la V-ATPase déclenche un phénomène d’apoptose qui conduit à la mort cellulaire, puis à la mort de l’insecte. Le second objectif de ma thèse était la mise en place d’un système de production hétérologue de PA1b. Grâce à l’expression hétérologue par infiltration de feuille de tabac (Nicotiana benthamiana) nous avons mis en place une technique de production efficace de la protéine PA1b. Après avoir déterminé les parties du gène codant PA1b nécessaires à la production de la protéine fonctionnelle, le système de production a ensuite été simplifié par la construction d’une cassette d’expression. Ainsi six isoformes de PA1b présents chez le pois, dont l’activité individuelle restait inconnue, ont été produits et testés, permettant de montrer que le caractère amphiphile de PA1b était primordial pour son activité. Par cette technique nous avons mis en place un système de production rapide et efficace permettant de tester la toxicité de nombreux isoformes de PA1b. Ce travail sera une aide précieuse pour le projet, dont l’un des objectifs majeurs est l’optimisation de PA1b, c’est-à-dire de déterminer la séquence peptidique la plus toxique. / In a context where chemical pesticides are increasingly criticized, new crops protection strategies that do not affect agriculture efficiency and productivity, must be found. A new peptide extracted from pea (Pisum sativum) seeds, named PA1b (Pea albumin 1 subunit b), and showing an important insecticide activity, was discovered in our laboratory. PA1b induces 100% mortality in our insect model, the cereal weevil, Sitophilus sp. PA1b acts by interacting with a receptor, this interaction is present in sensitive weevil, but not present in resistant weevil. The PA1b receptor is the vacuolar H+ -ATPase (V-ATPase), a multi-subunit proton pump. The V-ATPase is composed of two functional protein complexes named V1 (in the cytoplasm) and V0 (in the membrane). As PA1b is known to act only in the extracellular space, thus only the V0 complex, composed on the subunits a, c, d and e, can be the toxin receptor. The first aim of this thesis is to understand the PA1b mode of action: (i) identifying the subunit(s) acting as the receptor(s), (ii) understanding how the binding mechanism of PA1b on the receptor lead to the insect death. The weevil V0 complex genes were cloned and we used them for a functional complementation tests in yeasts strains deleted for these genes. Our data, together with those obtained through collaboration, lead to the proposal of model for the PA1b perception signaling which would involve subunits c and e of the V-ATPase. The identification of the PA1b receptor allows us to propose a hypothetical model explaining resistance mechanism to the peptide. Using immunohistology and biochemistry methods, we showed that PA1b-receptor interaction induced cells death triggered by apoptosis thus leading to insect death. The second aim of this thesis was the development of a PA1b heterologous production system. Through Agrobacterium tumefaciens mediated transient transformation by infiltration in tobacco leaves (Nicotiana benthamiana) an efficient system for PA1b production was developed. After identification of the essential parts of the complex PA1 gene necessary for efficient PA1b production, we created an expression cassette to simplify our heterologous production system. We used the system to produce six pea PA1b-isoformes with unknown individual toxic activity. The isoforms toxicity was experimentally determined, and our data showed that the amphiphilic properties of PA1b are essential for the maintenance of its toxic activity. For the first time, we implemented a quick and efficient production system, which allows to produce and to test many naturals or synthetics PA1b isoforms. This work will be useful to achieve one of the most important objectives of the research on this molecule, that is the identification.

En raison de leur rôle central dans la physiologie et le développement des plantes, les phythormones ont depuis longtemps été considérées comme des médiateurs chimiques déterminants dans la capacité des insectes à contrôler leur environnement végétal. Les mécanismes permettant aux insectes de manipuler la balance phytohormonale permettant ainsi la régulation des apports nutritifs et la modulation des défenses végétales demeurent néanmoins pour la plupart inconnus, en particulier pour les insectes galligènes et mineurs de feuilles. L’objectif de ma thèse visait à caractériser les capacités de modulation phytohormonale par les insectes manipulateurs de plantes avec un accent particulier sur le lépidoptère mineur de feuille Phyllonorycter blancardella. Nous avons ainsi développés une caractérisation spatio-temporelle de la réponse des plantes aux attaques des larves mineuses au niveau moléculaire et biochimique. Une comparaison entre différents systèmes biologiques nous a permis d’évaluer les similitudes entre les stratégies adoptées par les les insectes galligènes et les insectes mineurs de feuilles, d’identifier l’origine possible des phytohormones impliquées dans la manipulation de la plante et le rôle des bactéries endosymbiotiques d’insectes dans ces interactions. / Because phytohormones lie at the very core of molecular mechanisms controlling the plant physiology and development, they have long been hypothesized to be involved in insect-induced plant manipulations. Insects are using phytohormones to manipulate their host plants for their own benefit, regulating nutrient provisioning and plant defenses. However, a mechanistic understanding of how phytohormones operate in plant reconfigurations by plant-manipulating insects, especially by gall-inducing and leaf-minging insects, is lacking. The objective of my Ph.D. was to provide an extensive characterization of how plant-manipulating insects modulate the plant global hormonal balance with a specific focus on the leaf-mining moth Phyllonorycter blancardella. We thus developed a time course characterization of plant transcriptomic and biochemical responses following attack by leaf-mining larvae. A comparative analysis between different biological systems allowed us to estimate similarities in strategies developed leaf-mining and gall-inducing insects, to identify the possible origin of phytohormones involved in the plant manipulation and to estimate the role of insect endosymbiotic bacteria in these interactions.

L’objectif de ma thèse visait à étudier les processus évolutifs ayant conduit à l’évolution du mode de vie galligène et à rechercher des effecteurs impliqués dans l’induction des galles dans la famille des Gracillariidae (Lepidoptera) avec un accent particulier sur deux espèces, Borboryctis euryae et Caloptilia cecidophora. Nous avons ainsi démontré que ces deux espèces présentent la particularité de posséder un mode de vie intermédiaire entre mineur de feuille et inducteur de galle. Le tissu prolifératif présent dans la mine de B. euryae s’apparente en effet à une galle et les larves de C. cecidophora connaissent une transition du mode de vie mineur de feuille à galligène au cours de leur développement. Des campagnes de terrain ont permis de découvrir de nouvelles espèces de Caloptilia inductrices de galles, et leur étude phylogénétique a montré qu’elles forment un groupe monophylétique. Enfin, exploitant la transition de mode de vie de C. cecidophora ainsi que son contexte phylogénétique, nous avons appliqué une approche de transcriptomique comparative intra- et inter-espèce afin de rechercher des effecteurs candidats impliqués dans la formation de galle. / The aim of my thesis was to study the evolutionary processes that led to the evolution of the gall-inducing lifestyle and to look for effectors involved in the induction of galls in the Gracillariidae family (Lepidoptera) with a particular focus on two species, Borboryctis euryae and Caloptilia cecidophora. We have demonstrated that these two species have a particular intermediate life-style between leaf-miner and gall-inducer. The proliferative tissue in the B. euryae mine is similar to a gall and the larvae of C. cecidophora undergo a transition from leaf-miner to gall-inducer during their development. Field work has uncovered new gall-inducing Caloptilia species, and their phylogenetic study has shown that they form a monophyletic group. Finally, exploiting the transition of feeding habit of C. cecidophora as well as its phylogenetic context, we applied a comparative intra- and inter-species transcriptomic approach to search for candidate effectors involved in gall induction.

Terrestrial plants and insects account for the majority of the Earth's biodiversity today, and almost half of all insect species are herbivores. Thus, insects and plants share ancient associations date back for more than 400 million years. However, investigation of their interactions stands largely at the beginning in Western Europe. Nearly 4300 plant remains showing various kinds of feeding damages are available for the present study. These trace fossils are classified as so-called functional feeding-groups supply an outstanding example of the complexity, the structure and the changes of terrestrial ecosystems, are not well known during this interval. In Europe, the Neogene is characterized by palaeogeographic re- organization due to the collision of the African with the Eurasian plates. The Neogene plant record in Europe is rich and diverse offering a profound large-scale understanding of the floristic and vegetational development. A database of fossil traces from the Most Basin was compiled and analyzed by various statistical methods in terms of the diversity and intensity of palaeo-herbivory. The primary objective is to present results on the development of insect herbivory through the section of the Bílina Mine in North Bohemia, with the aim of understanding principal factors that caused the...

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Comprendre comment la biodiversité des prairies répond aux changements d’utilisation des terres constitue un enjeu majeur pour la conservation de la biodiversité et le maintien des services écosystémiques dans les paysages agricoles. Dans ce travail de thèse, nous avons cherché (i) à analyser la réponse simultanée d’un ensemble de taxons appartenant à différents niveaux trophiques (plantes, herbivores, pollinisateurs, prédateurs) aux changements d’utilisation des terres agissant à différentes échelles spatiales et temporelles ; (ii) à approcher les mécanismes impliqués dans cette réponse et notamment le rôle des interactions trophiques. Notre approche est basée sur l’utilisation de multiples traits fonctionnels liés à l’acquisition des ressources, la taille et la mobilité des organismes. Nous avons testé la réponse de ces traits à l’histoire des paysages, leur configuration et leur composition. Nous montrons qu’il existe une réponse générale de la diversité fonctionnelle multitrophique aux changements d’utilisation des terres. Nous mettons en évidence l’importance des effets historiques du changement d’utilisation des terres à l’échelle des paysages agricoles menaçant le maintien de communautés fonctionnellement diversifiées dans ces paysages. En considérant un set de traits multiples, notre travail a permis d’approcher certains mécanismes par lesquels les changements d’utilisation des terres présents et passés impactent différentes facettes de la biodiversité. Enfin, l’utilisation des traits fonctionnels a permis d’appréhender l’importance des interactions trophiques et leur implication dans la structuration des communautés animales dans les milieux agricoles. / Understanding how grassland biodiversity responds to land use intensification is crucial for both biodiversity conservation and the management of key ecosystem services in agricultural landscapes. My PhD aims at (i) identifying and generalising the effects of land use intensification operating at different spatial and temporal scales across multiple taxonomic groups and trophic levels (plants, herbivores, pollinators, predators and top-predators) ; (ii) investigating the underlying mechanisms of biodiversity response, and particularly the role of trophic interactions. We used multiple functional traits related to resource acquisition, the size of the organisms and their mobility. We tested how multitrophic functional trait diversity responded to landscape history, composition and heterogeneity. Considering multiple taxonomic groups simultaneously, our study brings out a clear response of overall biodiversity to land use intensification. We found that legacy effects of land use intensification operating at the landscape scale are major drivers of present-day multitrophic functional trait diversity in agricultural landscapes. By considering a core set of organismal traits reflecting similar functions across trophic levels, our approach reveals multiple dimensions by which land use intensification filters out biodiversity over time and allows us to generalise its effect across multiple trophic levels and trait-spectrum. Finally, trait-based approach allowed us to assess the importance of trophic interactions and their contribution in shaping animal communities in agricultural landscapes.