vagues posées, vagues tirées: causes, conséquences et applications en lutte biologique – PushToiDeLa

A l’aide de modèles individu-centrés, nous générons des predictions théoriques sur les propriétés dynamiques des populations en expansion. Cette approche nous permet d’édtuier dans quelle mesure les predictions classiques obtenues à partir d’hypothèses de populations infinies en espaces continu peuvent se généraliser à des contextes plus réalistes écologiquement, où l’espace est discret et hétérogène, où les individus sont en nombre limités et les effets stochastiques sont forts.

Nous testons également ces prédictions à l’aide d’invasions expérimentales dans des microcosmes de laboratoire. La plupart des données empiriques sur les invasions ne sont pas représentatives des dynamiques post-introduction car les populations à très faible densité ne sont en général pas détectées, et seules les invasions réussies sont documentés. Les expérimentations en microcosmes permettent de s’affranchir de ces biais. Nous avons choisi comme principal modèle biologique les hyménotpères parasitoïdes du genre Trichogramma, dont la petite taille et le temps de développement réduit font d’excellents candidats pour simuler des invasions en microcosmes. De plus, nous bénéficions localement d’un accès à une collection unique de plus de 200 populations de Trichogramma, ce qui nous permettra d’analyser l’impact de la diversité de certains traits d’histoire de vie sur les dynamiques d’expansion.

En complément de ces approches plus fondamentales, nous nous intéressons également au potentiel que représente la lutte biologique comme expérimentation naturelle sur l’écologie des populations introduites. Dans ce projet, nous analysons des jeux de données sur l’établissement et l’expansion d’ennemis naturels introduits dans un agro-écosystème pour lutter contre des ravageurs de cultures.

A ce stade du projet, nos principaux résultats sont:
(i) Les fronts tirés ou poussés ne diffèrent pas seulement par la dynamique de la diversité génétique neutre, mais également par un ensemble d’autres indicateurs, dont un grand nombre sont issus de caractéristiques démographiques uniquement. Ce résults est une première validation de l’hypothèse selon laquelle un ensemble d’indicateurs empiriques pourrait permettre de déterminer la nature d’un front d’expansion.
(ii) Notre protocole expérimental d’invasions en microcosmes nous a permis de générer des fronts tirés ou poussés, à l’aide desquels nous avons pu confirmer la prédiction théorique que les fronts poussés conservaient davantage de diversité génétique neutre que les front tirés.
(iii)La dynamique naturelle des populations d’auxiliaires introduites est caractérisée par un changement de régime lorsque le nombre de populations établies dépasse un certain seuil, au-delà duquel les foyers de colonisations secondaires montrent une croissance démographique accélérée en lien avec la pression de propagules continue exercée par les sources de migrants établies à proximité.

Nous avons réalisé la première étude expérimentale sur la dynamique évolutive des fronts d’expansion poussés. Nous avons ainsi démontré que (i) les prédictions théoriques obtenues en espace continu pouvaient se généraliser en environnements discrets et stochastiques ; (ii) les différences entre fronts tiré et poussé basées sur la dynamique génétique et la vitesse d’expansion ne sont, contrairement à ce qui était admis jusque là, pas directement liées et peuvent être décorrélées lorsque les expansions faiblement poussées résultent uniquement d’une réduction de la connectivité du paysage ; (iii) la réduction de connectivité peut dans certains cas avoir des effets positifs sur les populations en expansion, en limitant leur perte de diversité génétique sans ralentir significativement leur vitesse de progression.

Ces travaux ont fait l’objet de deux presentations orales à des conferences nationale et internationale, un manuscrit a été écrit et est disponible en pré-publication (https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.05.13.092775v2), deux autres manuscrits sont actuellement en cours d’écriture.

Les fronts de colonisation sont dit « tirés » lorsque l’expansion est le fait de quelques individus sur le front, ou « poussés » lorsque tous les individus du cœur de la distribution sont impliqués dans la colonisation. Bien que ces concepts soient liés directement aux propriétés écologiques des populations dans un nouvel environnement, ils ont été jusqu’ici peu exploités en biologie de l’invasion ou pour l'introduction d'auxiliaires de cultures. Nous visons à démontrer que la nature de la vague de propagation affecte des composantes-clés de la dynamique d’expansion d’une population introduite, avec des conséquences potentiellement importantes sur son expansion spatiale, et plus largement son succès d’invasion. Notre approche est basée sur un dialogue étroit entre modélisation et expériences, avec des apports issus des équations aux dérivées partielles, de la simulation stochastique, de la dynamique des populations, de la biologie de l’invasion, de l’écologie, des statistiques et de la lutte biologique. Les expérimentations seront menées en microcosmes au laboratoire, en utilisant le trichogramme comme modèle d’espèce invasive, et sur le terrain en tirant parti de l’introduction programmée d’un nouvel auxiliaire de lutte biologique comme un cas particulier d’invasion. Nos résultats permettront d’évaluer la pertinence des concepts de vague tirée et poussée en écologie et de proposer un cadre conceptuel général pour l’étude des dynamiques d’expansion. Au niveau appliqué, un enjeu majeur en protection des cultures est de prédire, anticiper et gérer la progression des fronts d’invasion, pour limiter l’expansion des ravageurs envahissants ou pour favoriser la dispersion des agents de lutte biologique. Dans ce contexte, nos résultats contribueront également à améliorer les prédictions sur la dynamique de colonisation des ravageurs et de leurs ennemis naturels, et à concevoir des leviers innovants pour la gestion des populations dans les agro-écosystèmes.