Origine, Structure et Evolution de la Biodiversité
UMR 7205 MNHN/CNRS
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IFORA-projet
Forêt à Cyathea (fougères arborescentes) sur le Mont Cameroun (photo M Veuille)
IFORA
projet
Problématique
Malgré de considérables progrès réalisés dans l’étude de la diversité biologique au cours des dernières décennies, la caractérisation et l’évaluation de cette biodiversité reste une des priorités de la recherche scientifique. On peut compter au nombre de ces priorités l’exploration des régions potentiellement les plus riches en nombres d’espèces et l’analyse, aux niveaux inter- et intra-spécifique, des facteurs environnementaux et historiques ayant structuré l’évolution de la biodiversité dans ces régions.
La compréhension des conditions ayant abouti à l’originalité de ces « points chauds de la biodiversité » – en particulier, pourquoi ces biotopes ont émergé des vicissitudes climatiques du Pléistocène avec une plus grande diversité que dans les autres régions – permettrait de prévoir et de gérer de manière plus efficace les conséquences des changements climatiques actuels et futurs.
Pourquoi ces « points chauds » existent-ils ? Quels processus ont conduit à une plus grande diversité spécifique et à un endémisme plus important ? Quand cela s’est-il produit ? Est-ce que ces sites sont des foyers de biodiversité (taux de spéciation supérieurs) ou des musées de diversité (taux d’extinction moindres) ? Comment est structurée la biodiversité dans ces points chauds, entre ces points chauds et dans les régions voisines ? Dans les régions de forte diversité spécifique, est-ce que la diversité génétique intra-spécifique est aussi plus importante qu’ailleurs ? Ces interrogations font partie de quelques unes des questions clefs qui sont encore loin d’être solutionnées.
Face à la nécessité d’inventaire de la biodiversité et d’évaluation des changements qu’elle subit à diverses échelles de temps, les biologistes doivent développer des approches nouvelles et complémentaires, incluant la biogéographie, l’écologie (dont la paléoécologie), la systématique, la phylogénie et la phylogéographie. L’étude des motifs (patterns) de diversité de plusieurs taxa ayant tous été soumis à la même histoire géologique et climatique mais différant dans leurs réponses évolutives, permettra non seulement d’identifier les processus d’importance globale mais de comprendre aussi comment les traits biologiques particuliers de divers lignages ont modulé les réponses à ces processus.
Objectif
Ce projet appliquera une approche intégrative à l’étude de la biodiversité de l’un des principaux centres de diversité et d’endémisme de l’Afrique sub-saharienne : les forêts denses humides de la Ligne Volcanique Camerounaise (LVC) et des régions adjacentes.
Résultats attendus
La liste ci-dessous récapitule les principaux résultats attendus. Elle n’est pas définitive ni complète, et sera améliorée par les propositions futures des partenaires.
Produits Responsable Echéance Etudes phylogéographiques, écologiques et biogéographiques Publications dans des revues à comité de lecture Tous les partenaires 2009-2012 Barcode : identification de séquences d’ADN Veuille 2007-2009 Fourniture d’outils théoriques relatifs au barcode Laredo 2009 Bases de données et SIG disponibles Valton 2009 Publication sur les insectes des îles du golfe de Guinée Le Gall 2009 Livre sur la LVC Veuille, Mc Key 2011-2012 Etudiants formés Duvallet 2007-2009
Activités
Nous étudierons la diversité de taxa animaux et végétaux dans la région biogéographique de « Basse Guinée » (Cameroun, Gabon, Guinée Equatoriale), tous sujets à la même histoire géologique et climatique mais différant par leurs réponses évolutives. Ce projet favorisera aussi le partage des connaissances entre scientifiques du Nord et du Sud, ainsi que le renforcement des compétences des partenaires du Sud. Le détail des activités prévues est décrit ci-après.
1. Rôle des changements climatiques sur les variations de biodiversité
1.1. Analyse de dépôts polliniques lacustres
En utilisant les analyses polliniques, nous explorerons les relations entre la dynamique des écosystèmes, les changements climatiques et l’impact de l’Homme en Afrique tropicale. Les montagnes camerounaises sont caractérisées par d’importants gradients de variabilité climatique, typiques des montagnes tropicales mais amplifiés par l’effet de la mousson atlantique. Cette région peut devenir une modèle idéal de compréhension des structures et des processus qui ont généré la biodiversité des régions montagnardes. Nous étudierons la dynamique passée et présente des écosystèmes afin de quantifier les réponses aux séries de changements environnementaux naturels et induits par l’Homme depuis le dernier maximum glaciaire (il y a 21.000 ans) jusqu’à notre époque le long d’un gradient altitudinal.
Extraction d’une carotte contenant 15.000 ans d’histoire de la forêt sur le Mt Oku (photo M Veuille)
2. Origine et diversification des écosystèmes
2.1. Histoire et structuration actuelle des populations et des communautés d’insectes en tant qu’indicateurs de l’histoire géologique et paléophytogéographique de la LVC
Le test de l’hypothèse des refuges (taux d’extinction plus faible) comparativement à celle des « moteurs de spéciation » (taux de spéciation supérieur) sera effectué sur des Drosophiles du sous-groupe melanogaster (y inclus deux Drosophiles endémiques de la LVC) et sur des papillons noctuidés (Lepidoptera : Noctuidae), utilisés comme modèles. En mobilisant à la fois des approches phylogéniques et phylogéographiques, nous pensons pouvoir confirmer l’hypothèse que la LVC a joué un rôle de barrière géographique pour les espèces de basse altitude et de corridor pour les espèces forestières submontagnardes. Nous focaliserons notre travail sur les effets de l’insularité continentale et océanique (Bioko, Príncipe, Saõ Tomé, Annobon) et sur les relations plantes-insectes. Nous anticipons des résultats tant au niveau de la structuration des communautés d’insectes que de la structure génétique des populations.
2.2. Paysages et diversité des populations de Stomoxes
Une étude similaire de la phylogénie, de la phylogéographie et de la génétique des populations sera entreprise sur des Diptères (Muscidae : Stomoxyinae) écologiquement dépendants des hommes, du bétail et des animaux sauvages.
2.3. Petits mammifères : mécanismes de diversification des espèces
Cette étude documentera l’histoire des petits mammifères en relation avec les fluctuations du Pléistonène dans les forêts montagnardes et submontagnardes. Nous testerons la théorie des refuges forestiers par rapport à celle des écotones en tant que moteurs de la spéciation. Les petits mammifères incluent des espèces invasives et sont souvent des pestes animales ou des vecteurs de maladies émergentes. Comme ils sont très dépendants des types de végétation, nous les considèrerons aussi en tant qu’indicateurs de dégradations des habitats.
2.4. Diversité chez les arbres de forêts denses humides, spécialement parmi les Meliaceae et Burseraceae
Cette étude se concentrera sur les causes qui sous tendent la diversité des espèces d’arbres à travers le Cameroun, la Guinée Equatoriale, le Gabon et Saõ Tomé et Príncipe. Elle évaluera la diversité inter- et intra-spécifique à travers la LVC et les régions voisines. Afin de localiser les refuges forestiers et d’évaluer leur signification, nous caractériserons la distribution des haplotypes dans une vingtaine d’espèces des forêts denses humides, en produisant des cartes de répartition et d’endémisme. La validation des zones de refuges à partir des patterns génétiques intra-spécifiques permettra de clarifier le rôle des facteurs historiques et écologiques en tant que sources d’endémisme et de diversité.
Le départ pour la forêt (photo O Hardy)
3. Co-évolution and co-diversification des espèces
3.1. Symbioses fourmis-plantes
Les arbres et les lianes des forêts de basse altitude et submontagnardes incluent des espèces associées avec les fourmis dans des relations de mutualisme protecteur. Les interactions sont obligatoires et spécifiques à l’hôte ; les deux partenaires ont donc partagé la même histoire d’expansion ou de rétractation sous l’effet des fluctuations climatiques. Cependant, les arbres et les fourmis diffèrent par leurs traits d’histoire de vie. La comparaison de leurs patterns de diversité peut nous révéler comment les méthodes phylogégraphiques peuvent être adaptées à l’étude de l’expansion des aires de répartition d’ensembles d’organismes démographiquement diversifiés, au sein desquels les contractions et expansions de populations ont laissé des signatures génétiques différentes.
3.2. Nématodes et Chaméléons hôtes
3.3. Monogènes et Cychlidés hôtes
Les études antérieures sur les Monogènes et les Cychlidés en Afrique de l’Ouest ont montré que la co-diversification était la règle parmi ces espèces. Une reconstruction phylogénétique devrait nous aider à éclaircir les processus de diversification des parasites et en déduire les scénarios d’évolution commune.
4. Le signal barcode dans les populations
Le projet IFORA utilisera trois types d’information moléculaire relatifs à la génétique des populations, à la phylogénie et au barcode (taxonomie moléculaire). Dans une région géographique complexe, l’interprétation du barcode doit rendre compte des motifs de variation intraspécifique de l’ADN résultant de changements démographiques et de la structuration des populations. Nous développerons des applications statistiques tenant compte de ces questions.
5. Système d’Information Géographique et bases de données
Un SIG a déjà été mis en place pour les arbres du Cameroun et sera étendu aux autres modèles biologiques. En centralisant toutes les données géoréférencées (i.e. altitude, géologie, types de sols, types de végétation), le SIG jouera un rôle structurel essentiel dans le projet.
6. Formation et renforcement des compétences
La plupart des partenaires du projet enseignent déjà en master dans leur pays. Sur cette base, nous organiserons des cours modulaires sur la biologie des populations tropicales au Cameroun et au Gabon.
