Modélisation des interactions interspécifiques au sein d’une communauté de décomposeurs dans un environnement spatialisé

Dans le sol, les microorganismes, et en particulier les bactéries, sont responsables de nombreuses transformations de la matière impliquées dans la dégradation de la matière organique. La dynamique et la persistance du carbone organique dans les sols est ainsi la résultante des interactions qui ont lieu entre la matière organique et les micro-organismes, au sein même de leur habitat. Ces interactions dépendent de la diversité des communautés de micro-organismes présentes, de la diversité des substrats disponibles, de l’organisation spatiale de l’ensemble de ces acteurs ainsi que des propriétés physico-chimiques locales. Alors que l’on commence a avoir une certaine idée de la grande diversité des bactéries présente dans les sols (Delgado-Baquerizo et al., 2018), sa distribution dans la porosité, et donc les capacités métaboliques au sein de l’habitat microbien restent inconnues. En particulier, si les communautés microbienne au sein d’un habitat sont suffisamment diversifiées, on peut s’attendre à de la complémentarité métabolique entre organismes et la mise en place de réseaux métaboliques intercellulaires (Pande and Kost, 2017). De plus, cette diversité associée à une certaine redondance fonctionnelle entre organismes (Nunan et al., 2020) permettrait une meilleure stabilité des processus conduisant à la dégradation de la matière organique.

Dans ce cadre, le projet SOILPACMAN, financé par l’ANR et la DFG a pour objectifs de mieux comprendre comment les propriétés des microenvironnements du sol affectent la persistance ou la décomposition de la matière organique dans l’espace poral du sol. Un des axes de recherche du projet a pour objectif d’étudier, par le biais de la modélisation les rôles respectifs de la diversité microbienne, de la diversité des substrats organiques, et de leurs distribution spatiale respective dans la décomposition de la matière organique.

Le travail consistera dans le développement d’un modèle initié dans (Nunan et al., 2020), utilisant des approches géométriques pour d’étudier comment la prise en compte de l’espace module les interactions au sein des communautés de microorganismes du sol pour l’accès aux ressources. Un des objectifs de cette étude est de produire des relations simples reliant, densité, diversité des microorganismes et quantité de ressources accessibles qui soient implémentables dans des modèles mécanistes de la décomposition de la matière organique dans la porosité du sol (eg. Mbé et al., 2022).

Le modèle sur lequel le projet se base est codé en R et une maîtrise de ce langage sera appréciée, mais des compétences dans tout autre langage de programmation peuvent suffire. Le sujet et très pluridisciplinaire et le candidat aura à mobiliser des compétences en écologie, en programmation et éventuellement en mathématiques. La thèse se déroulera sur le campus Pierre et Marie Curie de sorbonne Université.

Delgado-Baquerizo, M., Oliverio, A.M., Brewer, T.E., Benavent-González, A., Eldridge, D.J., Bardgett, R.D., Maestre, F.T., Singh, B.K., Fierer, N., 2018. A global atlas of the dominant bacteria found in soil. Science 359, 320–325. https://doi.org/10.1126/science.aap9516

Mbé, B., Monga, O., Pot, V., Otten, W., Hecht, F., Raynaud, X., Nunan, N., Chenu, C., Baveye, P.C., Garnier, P., 2022. Scenario modelling of carbon mineralization in 3D soil architecture at the microscale: Toward an accessibility coefficient of organic matter for bacteria. Eur. J. Soil Sci. 73, e13144. https://doi.org/10.1111/ejss.13144

Nunan, N., Schmidt, H., Raynaud, X., 2020. The ecology of heterogeneity: soil bacterial communities and C dynamics. Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Sci. 375, 20190249. https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0249

Pande, S., Kost, C., 2017. Bacterial unculturability and the formation of intercellular metabolic networks. Trends Microbiol. 25, 349–361. https://doi.org/10.1016/j.tim.2017.02.01

iEES Paris analyse et modélise l’organisation, le fonctionnement et l’évolution des systèmes écologiques et environnementaux. Il dispose d’une vaste gamme de compétences en :

♦ dynamique des populations et étude de la biodiversité,
♦ écologie des communautés et des écosystèmes,
♦ écologie microbienne,
♦ écologie des organismes sociaux,
♦ écologie évolutive et processus d’adaptation à l’environnement,
♦ écologie et mécanismes de la communication,
♦ sciences du sol et de l’eau.

Les objectifs de l’institut sont centrés sur :

L’analyse et la modélisation de l’organisation, du fonctionnement et de l’évolution des systèmes écologiques pour une écologie et des sciences de l’environnement prédictives.

La contribution à l’innovation en gestion durable de la biodiversité, des écosystèmes et des ressources biologiques et à l’élaboration des stratégies d’adaptation aux changements planétaires.

La formation aux avancées récentes de l’écologie, des sciences de l’environnement et de l’ingénierie écologique.

Le sujet et très pluridisciplinaire et le candidat aura à mobiliser des compétences en écologie, en programmation et éventuellement en mathématiques. Il est issue d'une formation en Ecologie ou Mathématiques.