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R. Ferrière/S. De Monte

Éco-Évolution Mathématique

Contexte.

L’écologie est la discipline biologique qui cherche à comprendre, en étudiant les interactions des organismes avec leur environnement, comment se distribuent les espèces dans l’espace et dans
le temps. L’écologie « classique » ignore la variabilité génétique et épigénétique des espèces. En réalité, processus écologiques (interactions) et évolutionnaires (variation héritable) ne sont pas indépendants et doivent être étudiés conjointement. Dès lors, le développement d’une synthèse théorique, mathématique, s’avère indispensable, dans un va-et-vient continu avec l’expérimentation. C’est l’objectif général que poursuit l’équipe Eco-évolution mathématique. Par l’analyse formelle de nouveaux modèles mathematiques et la simulation numérique, l’équipe explore les conséquences de l’interaction écologie/évolution sur la dynamique des populations, la structure des communautés, le fonctionnement des écosystèmes et l’adaptation des espèces aux changements de l’environnement. Les travaux sont menés en étroite collaboration avec mathématiciens et physiciens théoriciens. Aux avancées théoriques répondent des projets d’expérimentation en laboratoire avec d’autres équipes de l’IBENS et les grandes plateformes d’écologie expérimentale de l’ENS (Ecotron). Le savoir transdisciplinaire ainsi produit est rapidement diffusé au travers des structures d’enseignement de l’ENS, dans lesquelles les membres de l’équipe s’investissent fortement.

Résultats marquants.

L’équipe Eco-evolution mathématique est à l’origine des premiers modèles mathématiques rigoureux intégrant processus écologiques et évolutionnaires (Fig. 1). L’équipe applique ces modèles à de multiples problèmes à l’interface écologie/évolution. Les chercheurs ont ainsi pu mettre en évidence l’influence de changements environnnementaux sur les cycles démographiques de mammifères, sur la propagation de pathogènes tels que la dengue et la grippe, ou encore sur les risques d’extinction de populations animales et végétales face au rechauffement climatique. Les travaux de l’équipe sur les interactions multispécifiques ont notamment permis de mieux comprendre l’évolution de la virulence des pathogènes en fonction de facteurs écologiques qui structurent les populationsd’hôtes. L’équipe a ouvert la voie à l’étude de l’effet du parasitisme sur l’évolution des interactions symbiotiques qui sont essentielles au fonctionnement des écosystèmes. (Fig. 2) En développant de nouvelles méthodes statistiques et algorithmiques, l’équipe poursuit activement l’intégration de données moleculaires, écologiques et environnementales pour mieux comprendre comment la sélection naturelle façonne la biodiversité et structure la complexité des réseaux écologiques.

Champagnat N., Ferriere R., Meleard S., Unifying evolutionary dynamics : From individual stochastic processes to macroscopic models, Theoretical Population Biology (2006) 69 — 297-321.

De Monte S., d’Ovidio F., Danø S., Sørensen P.G., Dynamical quorum sensing : Population density encoded in cellular dynamics, Proceedings
of the National Academy of Sciences
USA (2007) 104 — 18377-18382.

Kausrud K.L., Mysterud A., Steen H., Vik J.O., Østbye E., Cazelles B. et al, Linking climate change to lemming cycles, Nature (2008) 456 — 93-98.

Legendre S., Schoener T.W., Clobert J., Spiller D.A., How is extinction risk related to population-size variability over time ? A family of models for species with repeated extinction and immigration. The American Naturalist (2008) 172 — 282-298.

Enard D., Depaulis F., Roest Crollius H., Human and non-human primate genomes share hotspots of positive selection, PLoS Genetics (2010) 6 — e1000840. doi:10.1371/journal.pgen. 1000840