Découvrir le potentiel évolutif des organismes d'eau douce confrontés au changement climatique grâce au budget énergétique dynamique

La dynamique des écosystèmes est déterminée par des variations saisonnières, et de nombreuses populations ont évolué pour s'adapter à ces cycles. Toutefois, le changement climatique modifie désormais la fréquence et l'intensité de ces variations saisonnières, notamment avec l'apparition d'événements extrêmes. Cette évolution rapide expose les espèces à des environnements inadaptés ou imprévisibles, ce qui accroît leur vulnérabilité aux facteurs de stress. Les espèces d'eau douce sont particulièrement dépendantes de leur environnement pour plusieurs raisons. Par rapport aux espèces terrestres et marines, les espèces d'eau douce sont souvent confrontées à des contraintes spatiales plus importantes en raison de la nature fragmentée, directionnelle et dendritique de leurs habitats. Cette configuration limite leur capacité à migrer vers des environnements plus favorables. Cette structure de l'habitat peut également restreindre le flux génétique entre les populations, d'où l'importance de prévoir la capacité des espèces d'eau douce à s'adapter à l'augmentation des températures. Les espèces sont capables de persister dans des environnements changeants grâce à certains traits : une large gamme de tolérance, des réponses comportementales appropriées, une grande capacité d'acclimatation ou de plasticité, et la capacité d'ajuster rapidement leur gamme de tolérance. Malgré leur diversité, ces réponses sont toutes le fruit de l'intégration physiologique des influences environnementales et génétiques. Par conséquent, les mécanismes physiologiques impliqués peuvent limiter la persistance des espèces. Par exemple, la tolérance thermique supérieure des espèces aquatiques semble avoir un potentiel évolutif limité. La physiologie amène des compromis pour la fitness, tel que l'allocation énergétique entre la survie et la reproduction. Traditionnellement, la compréhension du potentiel évolutif repose sur des modèles purement génétiques, où l'aptitude d'un organisme dépend directement du phénotype, considéré comme une simple expression du génotype, et où les interactions gène-environnement sont souvent négligées. Dans cette thèse, je propose d'étudier l'adaptation des espèces à la variabilité environnementale en considérant explicitement les mécanismes bioénergétiques qui facilitent la survie à des environnements spécifiques. Pour ce faire, j'ai utilisé un cadre de modélisation basé sur la théorie du budget énergétique dynamique (DEB). Ce cadre permet de prédire les cycles de vie des organismes dans des environnements dynamiques (avec des températures variables) et de comprendre comment l'énergie est acquise et allouée aux différentes fonctions, sur la base d'un ensemble simplifié de paramètres physiologiques. Les modèles DEB sont couramment utilisés pour étudier les cycles de vie, comparer les flux d'énergie entre les taxons et évaluer l'impact de l'environnement sur les individus. Cependant, ils n'ont pas été utilisés pour étudier les processus évolutifs. Par rapport aux méthodes précédentes de modélisation des compromis survie-reproduction sous contraintes environnementales, la théorie DEB offre un aperçu plus explicite des processus physiologiques, ce qui lui confère un plus grand pouvoir explicatif. J'utilise ce modèle pour comprendre comment les mécanismes physiologiques sous-jacents permettent l'expression des traits d'histoire de vie. L'expression de ces traits nous permet de spécifier la stratégie et la fitness de l'organisme face au changement climatique. Je montre ici que la fitness est principalement améliorée par des températures plus chaudes, qui accélèrent la reproduction malgré une durée de vie plus courte. Ce phénomène est fortement influencé par des processus physiologiques spécifiques. En outre, la fluctuation des températures peut conduire à une meilleure fitness globale en augmentant l'espérance de vie. Cela souligne l'importance de l'adaptabilité physiologique et des variations de température pour l'histoire de la vie.