Sujet de stage Master 1
Durée : 2 mois Rémunération : Pas de rémunération
Localisation : UMR 8187 LOG Wimereux
Encadrement : Sébastien Lefebvre (Pr, LOG), Emilie Cathelin (Doc,LOG)
Mots clés : modélisation, écologie trophique, traitement de données
Sujet : L’étude de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques a fait l’objet d’un intérêt croissant au cours des deux dernières décennies afin de comprendre la réponse aux changements environnementaux des écosystèmes et des communautés qui les composent. L’écologie trophique a fortement progressé grâce à des méthodes qui permettent d’estimer l’assimilation des ressources et les transferts de matières et d’énergie entre les composants de l’écosystème et en particulier l’analyse des isotopes stables (SIA). La méthode SIA apporte un éclairage nouveau sur l’écologie des animaux car les interactions trophiques ne sont pas facilement observables dans la nature. Les isotopes stables d’un élément contiennent le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différents et ne présentent pas de radioactivité décelable. La majorité des éléments du tableau périodique (dit de Mendeleïev) possède des
« jumeaux » isotopiques stables, légers et lourds, comme le carbone (12C et 13C) et l’azote (14N et 15N) qui sont très utilisés en écologie. Les formes légères sont majoritaires dans l’environnement naturel. Les rapports isotopiques stables naturels du carbone (13C/12C) et de l’azote (15N/14N) dans les tissus des organismes ressemblent fortement à ceux de leurs proies lorsque l’état d’équilibre (équilibre isotopique) est atteint après un certain délai, mais avec un léger enrichissement, classiquement appelé facteur d’enrichissement trophique (TDF également noté Δ). Le TDF s’explique par le fait que les isotopes légers ( 12C, 14N pour le carbone et l’azote) sont préférentiellement incorporés par rapport aux isotopes plus lourds (13C, 15N) lors du catabolisme, conduisant à un enrichissement dans les tissus animaux de l’isotope lourd. Cette correction du TDF est nécessaire pour utiliser des modèles de mélange (des modèles statistiques simples) afin de retracer le régime alimentaire d’un animal à partir des valeurs isotopiques de ses tissus et de celles de ses proies potentielles. Un autre aspect pertinent de l’incorporation isotopique est la vitesse à laquelle un tissu animal reflète la composition isotopique du régime alimentaire, ou
« sur quelle période de temps l’intégration des ressources est-elle réalisée ? ». La dynamique d’incorporation d’un isotope à partir de l’alimentation dépend de fait du métabolisme (croissance et maintenance), et elle est classiquement estimée par le taux de renouvellement isotopique des tissus (𝜆). TDF et 𝜆 sont les deux aspects critiques de la dynamique isotopique qui sont généralement survolés et/ou négligés. Par ailleurs, l’estimation du taux de renouvellement isotopique des tissus (𝜆) est rarement faite et nécessite l’utilisation d’autres modèles de type bioénergétique (par ex ISOdyn Lefebvre et al., 2021) et leurs calibrations à partir de données expérimentales ou à partir de bases de données (par exemple Add my pet, DEB Theory, Marques et al., 2018).
Notre équipe a développé un modèle de mélange isotopique capable d’intégrer les dynamiques temporelles, le DMM (Ballutaud et al.,2022). Plus récemment, ce modèle a été généralisé dans le cadre de la thèse d’Emilie Cathelin afin de pouvoir être utilisé dans tous types de système d’études de diètes. Ce modèle se démarque par son incorporation de paramètres tels que λ et ses estimations de régime alimentaire plus fiables que celles des modèles classiques.
L’objectif du stage sera de s’imprégner de l’utilisation des modèles de mélange, notamment le DMM généralisé et de mettre en place des analyses de diètes comparant l’utilisation des différents modèles sur plusieurs jeux de données afin d’illustrer la fiabilité du DMM.
En pratique, le travail du stagiaire consistera à
– s’approprier la méthodologie des isotopes stables utilisée en écologie trophique et en
particulier les modèles de mélange,
– réaliser une recherche bibliographique sur le sujet,
– se familiariser avec les codes publiés sous forme de packages R,
– Eprouver l’efficacité du modèle de mélange dynamique généralisé en le comparant à d’autres modèles de mélange existants. Pour se faire, l’étudiant testera les différents modèles sur différents jeux de données acquis par l’équipe (eg Marin Leal et al., 2008) ou disponibles dans la littérature (eg Jomori et al., 2008, Planas 2022…).
– Interpréter et discuter les résultats,
– Ecrire un rapport dans l’esprit d’une publication scientifique.
Le stage se déroulera à l’UMR 8187 LOG située à la station marine de Wimereux. L’étudiant.e aura à sa disposition un ordinateur et la bibliographie nécessaire à la réalisation de l’étude.
Profil et compétences recherchés : Un réel intérêt pour l’écologie numérique en général est indispensable, ainsi qu’une bonne maîtrise de R pour les traitements de données. Des connaissances en écologie isotopique seraient bienvenues pour la compréhension du sujet, de la littérature associée, ainsi que l’exploitation des résultats. Enfin, une bonne compréhension
de l’anglais et une capacité à la synthèse bibliographique et à la rédaction scientifique sont aussi requises.
Références :
Ballutaud M., Travers-Trolet M., Marchal P., Dubois S., Giraldo C., Parnell A., Nuche- Pascual M.T., Lefebvre S., 2022. Inferences to estimate consumer’s diet using stable isotopes: Insights from a dynamic mixing model. PLoS ONE 17(2): e0263454. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0263454
Jomori R., Ducatti C., Carneiro D., PortellaM., 2008. Stable carbon (d13C) and nitrogen (d15N) isotopes as natural indicators of live and dry food in Piaractus mesopotamicus (Holmberg, 1887) larval tissue. Aquaculture Research, 39, 370-381
Lefebvre S., Ballutaud M., Nuche-Pascual M.T., Nahon S., Liu R., Martinez Del Rio C.,2021 Individual growth models support the quantification of isotope incorporation rate, trophic discrimination and their interactions. BioRxiv [Preprint]. 2021 bioRxiv 446143. Available from: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.05.28.446143v1
Marín Leal JC et al. (2008) Stable isotopes (δ13C,δ15N) and modelling as tools to estimate the trophic ecology of cultivated oysters in two contrasting environments. Mar Biol 153:673-688. doi: 10.1007/s00227-007-0841-7
Marques GM, Augustine S, Lika K, Pecquerie L, Domingos T, Kooijman SALM (2018) The AmP project: Comparing species on the basis of dynamic energy budget parameters.
PLoS Comput Biol 14:e1006100. doi: 10.1371/journal.pcbi.1006100
Planas M. Was that my meal? Uncertainty from source sampling period in diet reconstruction based on stable isotopes in a syngnathid fish. Frontiers in Marine Science. 2022;9:982883.doi: 10.3389/fmars.2022.982883
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