LogoLogo

Sommeria-Klein, Guilhem. From models to data: understanding biodiversity patterns from environmental DNA data

Sommeria-Klein, Guilhem (2017). From models to data: understanding biodiversity patterns from environmental DNA data.

[img]PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
8Mb

Résumé en francais

La distribution de l'abondance des espèces en un site, et la similarité de la composition taxonomique d'un site à l'autre, sont deux mesures de la biodiversité ayant servi de longue date de base empirique aux écologues pour tenter d'établir les règles générales gouvernant l'assemblage des communautés d'organismes. Pour ce type de mesures intégratives, le séquençage haut-débit d'ADN prélevé dans l'environnement (" ADN environnemental ") représente une alternative récente et prometteuse aux observations naturalistes traditionnelles. Cette approche présente l'avantage d'être rapide et standardisée, et donne accès à un large éventail de taxons microbiens jusqu'alors indétectables. Toutefois, ces jeux de données de grande taille à la structure complexe sont difficiles à analyser, et le caractère indirect des observations complique leur interprétation. Le premier objectif de cette thèse est d'identifier les modèles statistiques permettant d'exploiter ce nouveau type de données afin de mieux comprendre l'assemblage des communautés. Le deuxième objectif est de tester les approches retenues sur des données de biodiversité du sol en forêt amazonienne, collectées en Guyane française. Deux grands types de processus sont invoqués pour expliquer l'assemblage des communautés d'organismes : les processus "neutres", indépendants de l'espèce considérée, que sont la naissance, la mort et la dispersion des organismes, et les processus liés à la niche écologique occupée par les organismes, c'est-à-dire les interactions avec l'environnement et entre organismes. Démêler l'importance relative de ces deux types de processus dans l'assemblage des communautés est une question fondamentale en écologie ayant de nombreuses implications, notamment pour l'estimation de la biodiversité et la conservation. Le premier chapitre aborde cette question à travers la comparaison d'échantillons d'ADN environnemental prélevés dans le sol de diverses parcelles forestières en Guyane française, via les outils classiques d'analyse statistique en écologie des communautés. Le deuxième chapitre se concentre sur les processus neutres d'assemblages des communautés. S.P. Hubbell a proposé en 2001 un modèle décrivant ces processus de façon probabiliste, et pouvant être utilisé pour quantifier la capacité de dispersion des organismes ainsi que leur diversité à l'échelle régionale simplement à partir de la distribution d'abondance des espèces observée en un site. Dans ce chapitre, les biais liés à l'utilisation de l'ADN environnemental pour reconstituer la distribution d'abondance des espèces sont discutés, et sont quantifiés au regard de l'estimation des paramètres de dispersion et de diversité régionale. Le troisième chapitre se concentre sur la manière dont les différences non-aléatoires de composition taxonomique entre sites échantillonnés, résultant des divers processus d'assemblage des communautés, peuvent être détectées, représentées et interprétés. Un modèle statistique conçu à l'origine pour classifier les documents à partir des thèmes qu'ils abordent est ici appliqué à des échantillons de sol prélevés selon une grille régulière au sein d'une grande parcelle forestière. La structure spatiale de la composition taxonomique des microorganismes est caractérisée avec succès et reliée aux variations fines des conditions environnementales au sein de la parcelle. Les implications des résultats de la thèse sont enfin discutées. L'accent est mis en particulier sur le potentiel des modèles thématique (" topic models ") pour la modélisation des données de biodiversité issues de l'ADN environnemental.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Chave, Jérôme
Morlon, Hélène
Ecole doctorale:Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (SEVAB)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire Evolution et Diversité Biologique, UMR 5174
Mots-clés libres :Structure spatiale de la biodiversité - Distribution d'abondance d'espèces - Diversité beta - ADN environnemental - Metabarcoding - Biodiversité du sol - Forêt tropicale - Guyane française - Modélisation statistique de la biodiversité - Théorie neutre de la biodiversité - Topic modeling
Sujets :Sciences du vivant
Déposé le :28 Aug 2019 14:45