Histoire Naturelle et Systèmes Complexes – Problématiques, méthodes et enjeux

Programme

  • 9h Accueil des participants
  • 9h15 – 15’ présentation générale de la recherche MNHN par Jean-Denis Vigne
  • 9h30 – 15’ de présentation générale de la recherche ISC-PIF par David Chavalarias
  • 9h45 – Présentation des 3 départements : Frédérique Chlous, Gaël, Clément, Jian-Sheng Sun

10h00 – Phénotypage métabolique et homéostasie : Alain Paris

Alain Paris – UMR 7245 Molécules de Communication et Adaptation des Micro-organismes (MCAM), département Adaptations du vivant, MNHN
Alain.paris@mnhn.fr

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La métabolomique, courant récent du développement multiple des sciences « omiques » fondé sur l’appréhension globale du métabolisme réalisée à l’échelle de l’organisme, ou des tissus ou fluides biologiques qui le caractérisent, permet, grâce à des méthodes spectroscopiques hautement résolutives comme la spectrométrie de masse ou la résonance magnétique nucléaire, de produire des images « métaboliques » de ces organismes placés dans des situations expérimentales contrôlés ou des environnements ouverts décrits de la façon la plus complète possible. L’analyse des données ainsi produite s’appuie sur outils chimiométriques ou statistiques multivariés. Cette démarche est extrêmement générique. Le coût modéré de production des données unitaires, c’est-à-dire celles considérées à l’échelle d’un organisme donné sur une plusieurs matrices biologiques, favorise la constitution de corpus de données primaires suffisamment larges pour franchir le cap de la modélisation poussée qui requiert des méthodes de calculs intensifs. C’est par un tel truchement que de nombreuses hypothèses de travail, difficiles à consolider au seul vu des données spectroscopiques, pourront être testées, en particulier sur les capacités homéostatiques des organismes à s’adapter aux nombreuses perturbations de l’environnement et, plus loin, à mieux caractériser leur potentiel de résilience.

10h15 – Réseaux de gènes : Nicolas Buisine

Plasticité phénotypique d’un système complexe : interactions entre voies de signalisation et métamorphose.
Alexis Grimaldi1*, Nicolas Buisine1*, Corinne Blugeon2, Laurent Sachs1
1UMR 7221 MNHN-CNRS Evolution des régulations endocrinniennes (ERE), département Adaptations du vivant, MNHN ;
2École normale supérieure, PSL Research University, CNRS, Inserm, Institut de Biologie de l’École normale supérieure (IBENS), Plateforme Génomique, 75005 Paris, France
Nicolas.buisine@mnhn.fr

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La physiologie est un exemple d’approche dite “intégrée”, où la réponse biologique d’un animal est le fruit du traitement complexe des nombreux signaux internes et externes auquel il est soumis. Les régulations physiologiques assurent un fonctionnement remarquablement robuste des système biologiques, qui permettent aux organismes de garantir la constance de leur milieu interne (homéostasie) malgré des sollicitations environnementale très variées. Dans une certaine mesure, ces régulations restent permissives à quelques “innovations” fonctionnelles, qui ouvrent la voie à l’adaptation. La dissection moléculaire des processus physiologiques se heurte malgré tout au nombre très important de degrés de libertés et les différentes études se basent principalement sur des approches réductionnistes.

Notre modèle expérimental est la métamorphose de l’amphibien modèle Xenopus tropicalis, où une larve (le tétard, dotté de branchies et de nageoires), subit un changement spectaculaire de forme pour devenir un juvénile (grenouille, dotté de poumons et de quatre membres). Outre ces changements de formes spectaculaires, de nombreux changements sont aussi à l’œuvre du niveau cellulaire et moléculaire.

D’un point de vue physiologique, cette transition est contrôlée par le système endocrinien de la signalisation thyroïdienne. La conservation au cours de l’évolution de tous ces processus de régulation est telle que cette transition est considérée comme fonctionnellement équivalente à la période périnatale des mammifères. La métamorphose des amphibiens présente aussi une plasticité phénotypique remarquable, qui intègre les signaux environnementaux.

Notre approche expérimentale se base sur une série de traitements hormonaux à des tétards pré-métamorphiques afin de récapituler les différentes conditions auxquelles ils sont exposés in natura, et d’évaluer les réponses physiologiques par le biais de la mesure de l’expression des gènes (RNA-Seq). L’ensemble des données est modélisé au travers de réseaux de voies de signalisation, qui permettent de formaliser les nombreuses relations normalement ignorées par les approches réductionnistes. Nous avons pu identifier le rôle probablement central joué par plusieurs facteurs cellulaires.

11h - Pause café

Gargantext, webservice pour l’analyse de la litterature scientifique : Alexandre Delanöe

Gargantext is a collaborative web platform for the exploration of sets of unstructured documents. It combines tools from natural language processing, text-mining, complex networks analysis and interactive data visualization to offer new kinds of interactions with your digital corpora. In few minutes, the demo will show how to build knowledge maps dealing with the topic “nature and eco-systems” in scientific literature.

11h15 – Formaliser les interactions sociétés-biodiversité : de Malthus à l’IPBES : Denis Couvet

Formaliser les interactions sociétés-biodiversité : de Malthus à l’IPBES

Denis Couvet
UMR 7204 Centre d’Ecologie et des Sciences de la Conservation, département Homme et Environnement, MNHN
Denis.couvet@mnhn.fr

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Les relations entre les sociétés et la biodiversité sont multiples. Différents concepts, successifs, ont aidé à les comprendre : ‘ressource naturelle’, ‘espèce menacée’, ‘service écosystémique’, et plus récemment les notions de ‘Variable Biodiversité Essentielle’ ou, proposée par l’IPBES (Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services), de ‘Contribution de la nature aux humains’.

Nous examinerons les formalisations des relations sociétés-biodiversité à la lumière de ces différents concepts, la manière dont chacune envisage les logiques sociales, culturelles, associées à la crise actuelle de la biodiversité, explore les enjeux ‘biodiversité’ par rapport à d’autres enjeux de la transition écologique.

11h30 - Les organisations biologiques entre interdépendances systémiques et historicité : le cas des disruptions dues au changement climatique : Maël Montevil

11h45 - Application de la théorie de la viabilité à l’étude des plantes invasives : Sophie Martin

12h –Écosystèmes immunitaires : Véronique Thomas Vaslin

Véronique THOMAS-VASLIN, Chercheur CNRS
Sorbonne Université, INSERM
Immunology-Immunopathology-Immunotherapy (I3) UMRS959 Paris
https://immunocomplexit.wordpress.com/about/veronique-thomas-vaslin/

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Le système immunitaire est un micro-écosystème dynamique de populations de lymphocytes en différenciation, sélection et renouvellement permanent dans notre organisme holobionte. Je présenterai des modélisations conceptuelles et des simulations permettant de quantifier les flux de transitions et sélection des lymphocytes T, lors de leur différenciation dans le thymus, puis leur migration dans la rate et de montrer la résilience de souris jeunes. Les expansions des clones de lymphocytes répondant aux antigènes est contrôlé par des boucles de régulation positives et négatives, permettant l’orientation de la réponse immunitaire vers la tolérance dominante, ou le rejet. La quantification des transitions des lymphocytes au sein du cycle cellulaire permet d’estimer leur taux de prolifération/mort qui varie avec l’âge : La sélection du répertoire des lymphocytes T conduit à des expansions et délétions clonales au cours du vieillissement et donc une baisse de diversité, ainsi qu’à une diminution de la résilience aux perturbations.

12h15 – l’apport des collections pour des études scientifiques intégratives de l’évolution de la biodiversité face aux changements environnementaux : Roseli Pellens

Les collections naturalistes comme infrastructures pour comprendre les effets des changements globaux sur la biodiversité

Roseli Pellens – UMR 7205 Institut Systématique Evolution Biodiversité (ISYEB), Muséum national d’Histoire naturelle, CNRS, Sorbonne Université, EPHE – 45 rue Buffon, CP 50, 75005 Paris, France.
Roseli.pellens@mnhn.fr

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Les collections naturalistes des Muséums d’histoire naturelle, herbiers et universités du monde entier contiennent des milliards de spécimens qui documentent la distribution de la vie sur la terre et qui permettent de retracer les transformations des organismes et de l’environnement au cours des siècles passés. Historiquement, ces données ont été utilisées pour les études de systématique et de taxonomie afin de forger des classifications. De nos jours elles offrent en plus la possibilité d’examiner les effets des changements globaux sur l’environnement et sur la biodiversité. Pendant cette conférence, je présenterai quelques études qui sont en cours à l’Institut de Systématique, Evolution et Biodiversité (UMR ISYEB). Je montrerai que les données de collections permettent, par exemple, d’étudier les i) changements du climat sur la morphologie et la phénologie ; ii) tracer la dynamique spatiale et temporelle des espèces envahissantes ; iii) étudier l’évolution de maladies ; iv) caractériser les changements de qualité de l’air. A large échelle, nous sommes également en train d’étudier v) la vulnérabilité de la biodiversité des iles du globe aux changements climatiques ; vi) les risques d’extinction de 350.000 espèces de plantes. En conclusion, les collections sont des infrastructures incontournables pour étudier les changements globaux et de nombreuses questions essentielles peuvent mobiliser les données qui y sont hébergées.

  • 12h30 – 14h Pause déjeuner

Ce que Twitter nous dit de la perception des problématiques liées au changement climatique, exemple d’application de la plateforme Multivac : David Chavalarias

La plateforme Multivac est une plateforme pour le traitement et l’analyse des masses de données qui intègre toutes les facettes de l’analyse du Big Data : capture (notamment de données dynamiques), archivage, analyse, restitution (via API). Nous illustrerons ces fonctionnalité en présentant un projet mené à l’ISC-PIF autour de la question de la perception par les réseaux sociaux des enjeux liés au changement climatiques  : le tweetoscope climatique

14h15 – Projet Futurs du littoral : Nathalie Niquil

Présentation du projet Fondation de France, “Les futurs du littoral et de la mer” Services écosystémiques côtiers : Quel bénéfice culturel pour l’Homme ? Quel apport des modèles écosystémiques ?

Nathalie Niquil – UMR 7208 Biologie des Organismes et Ecosystèmes Aquatiques (BOREA), département Adaptations du vivant, MNHN
Frédérique Loew-Turbout, UMS MRSH de Caen
nathalie.niquil@unicaen.fr

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Les écosystèmes côtiers offrent de nombreux services à l’Homme, notamment en ce qui concerne leur capacité à fournir de la nourriture, à maintenir une bonne qualité de l’eau ou à récupérer après une perturbation. Les zones côtières contribuent notamment à 59% de la valeur économique prodiguée par les écosystèmes de la planète bien qu’ils ne représentent que 7% de la surface du globe. La quantification monétaire des services écosystémiques ne donne cependant qu’une vue partielle des avantages que l’Homme retire des écosystèmes, il est donc essentiel de développer cette notion et d’intégrer le bénéfice culturel. On est alors face à la difficulté de quantifier ces services écosystémiques. Cette quantification est cependant essentielle dans le contexte de la planification spatiale et en particulier celle des sites d’implantation des énergies marines. Le projet repose sur l’association de méthodes d’analyse sémantique, d’enquêtes et de questionnaires chez les acteurs du littoral et de modélisation spatialisée du réseau trophique afin de proposer une caractérisation des bénéfices culturels des différents acteurs fréquentant la Baie de Seine et son pourtour dans l’objectif de quantifier, sous différents scénarios (changement climatique, pêche, construction du parc éolien), des indicateurs de ces services écosystémiques.

14h30 - Ecosystèmes mutualistes: structure et biodiversité : Laura Hernandez

Ecosystèmes mutualistes: structure et biodiversité

Dans les écosystèmes mutualistes, comme les réseaux de plantes-polinisateurs, l’interaction entre une plante et un pollinisateur, apporte un bénéfice aux deux parties en interaction, même si la nature du bénéfice est diffèrent pour chacune.

Ce type de système, constitué des éléments de type bien différencié (les plantes et les pollinisateurs) peut être représenté par un réseau biparti, où les deux types de nœuds représentent les espèces de chaque type, et les liens représentent les interactions qui ont lieu seulement entre nœuds de type différent.

Cette représentation mathématique ainsi qu’un long travail de terrain ont mis en évidence que les interactions mutualistes ne sont pas aléatoires, au contraire, elles présentent une structure très particulière appelé imbrication (nestedness en anglais). Ainsi le système est composé par des espèces généralistes (interagissant avec un grand nombre d’espèces) et spécialistes, qu’interagissent majoritairement avec les généralistes, alors que les interactions spécialiste-spécialiste restent très rares. Ces observations ont donné lieu à une profusion de travaux proposant différentes métriques pour quantifier le degré d’imbrication de ces réseaux, ainsi que au questionnement sur les raisons d’une telle organisation.

Parallèlement, le travail séminal de May (1972) a montré, avec un modèle de population linéaire qui intégrait des interactions positives et négatives, qu’un écosystème complexe et large est instable, initiant ainsi le débat « complexité vs diversité », qui reste encore ouvert.

Dans cet exposé nous discuterons brièvement la contribution que les méthodes et notions issus de la Physique Statistique, la Physique des Systèmes Dynamiques et la Théorie des Réseaux Complexes peuvent apporter pour éclairer ces questions.

14h45 – Réseaux d’interactions plantes-animaux et anthropisation des écosystèmes forestiers tropicaux : Pierre-Michel Forget, Christophe Daugeron, Colin Fontaine

Réseaux d’interactions plantes-animaux et anthropisation des écosystèmes forestiers tropicaux

Forget, Pierre-Michel 1, Daugeron, Christophe 1 et Fontaine, Colin 2
1 UMR 7179 Mécanismes adaptaifs et évolution (MECADEV) – Equipe ECOTROP – Ecotrop: réponses aux perturbations naturelles et anthropiques, Département Adaptations du vivant, MNHN
2 UMR 7204 – Centre d’Ecologie et des Sciences de la Conservation (CESCO), Département Homme et environnement, MNHN
Pierre-michel.forget@mnhn.fr

L’importance des processus de pollinisation, de dispersion et de prédation des graines par les animaux vertébrés et invertébrés est aujourd’hui reconnue pour le maintien d’une diversité élevée dans les écosystèmes, tropicaux en particulier. Les écosystèmes forestiers tropicaux sont aujourd’hui particulièrement impactés par la sur-exploitation des ressources végétales (bois), animales (gibier) et la destruction des habitats (route, fragmentation, barrage, mines), induisant des variations dans les compositions floristique et faunistique de des milieux naturels.  Les conséquences en cascade sur les réseaux d’interactions mutualistes sont particulièrement étudiées par plusieurs UMRs (MNHN, CNRS, Univ. Dijon). Au cours de cette présentation, nous présenterons brièvement plusieurs réseaux complexes d’interactions plantes-animaux en cours d’étude sur plusieurs continents (France, Guyane, Gabon et Thaïlande) mettant en évidence la fragilité des écosystèmes soumis à de fortes pressions anthropiques et climatiques, mais également leurs possibles adaptations à ces nouvelles contraintes environnementales

15h – L’observatoire Hommes-Milieux Port Caraïbe, un outil interdisciplinaire d’étude des trajectoires d’un socio-écosystème insulaire : Pascal Lopez

L’observatoire Hommes-Milieux Port Caraïbe, un outil interdisciplinaire d’étude des trajectoires d’un socio-écosystème insulaire

Pascal Lopez – UMR 7208 Biologie des Organismes et Ecosystèmes Aquatiques (BOREA), Département Adaptations du vivant, MNHN
Pascal.lopez@mnhn.fr

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La région Caraïbe constituées d’archipels d’iles présentant des climat tropicaux et subtropicaux, est aussi l’un des hotspots de la biodiversité mondiale, avec notamment la plus grande richesse d’espèce aquatique au sein de l’Océan Atlantique. Cette réserve mondiale de biodiversité comprend différents écosystèmes marins emblématiques comme les récifs coralliens, les mangroves et les herbiers. L’urbanisation des zones côtières, la modification des usages, les pressions de pêches et la pollution associé aux changements climatiques correspondent à des contraintes importantes sur ces écosystèmes et penser de nouvelles stratégies de conservation et de restauration en lien direct avec le développement économique est un véritable challenge qui s’offre à la concertation entre opérateurs, société civile, politiques et scientifiques.

L’observatoire Hommes-Milieux Port Caraïbe, une structure de recherche interdisciplinaire soutenue par le LABEX DRIIHM dont le but est l’analyse des trajectoires des socio-écosystèmes autour d’un élément dit fondateur, ici l’accroissement d’un complexe portuaire dans un contexte insulaire. L’OHM Port Caraïbe réalise de l’observation, de l’expérimentation et de la modélisation sur différents domaines comme les modifications des écosystèmes aquatiques, les interactions ville-port, la gouvernance portuaire, l’urbanisation, les jeux d’acteurs ou les trames verte et bleu.

  • 15h15 – 15h30 Pause café

15h30 : Systèmes complexes – feuille de route collective : Christophe Lavelle

Systèmes complexes – feuille de route collective

Christophe Lavelle – UMR 7196 Structure et instabilité des génomes (STRING), Département Adaptations du vivant, MNHN
Christophe.lavelle@mnhn.fr

Depuis plusieurs années, l’ISC-PIF contribue à l’organisation d’ateliers de rédaction de la Feuille de Route Systèmes Complexes (Complex Systems Roadmap) dont l’objectif est de définir les grandes orientations de la discipline, ses évolutions, ses limites et ses défis. Les premières feuilles de routes ont été rédigées dans la cadre des entretiens de Cargèse organisés en 2006 et 2008 et 2010 par le RNSC, en collaboration avec l’ISC-PIF and l’IXXI. Ces entretiens ont permis d’identifier progressivement les grands objets et grandes questions sur lesquelles repose la recherche systèmes complexes. Près de 10 ans après la rédaction de la première feuille de route, un vaste chantier de mise à jour est lancé, réunissant déjà plus d’une quarantaine de chercheurs pour partager leur expertise dans des domaines aussi variés que la biologie, l’économie, les mathématiques, le droit, l’informatique ou les sciences politiques.

Cette journée ISC-PIF/MNHN sera l’occasion de présenter l’état actuel de cette feuille de route et d’accueillir éventuellement de nouveaux contributeurs.

OpenMOLE, et vos modèles prennent sens ! Romain Reuillon et Mathieu Leclaire

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sensibilité, la robustesse, le calibrer, en explorer la diversité ou
bien encore pour lui faire reproduire un scénario. OpenMOLE est un
logiciel libre et propose un langage de haut niveau pour décrire
simplement vos expériences numériques.

16h00 – Auto-organisation des ecosystemes bacteriens : Julien Tailleur

16h15 – Embryogenèse et morphogenèse animale : Nadine Peyrieras

  • 16h30 : Discussions autour d’un verre

    En démo : BioEmergences : plateforme pour l’analyse de la morphogenèse in toto : Nadine Peyrieras et Thierry Savy avec un ordinateur.