Comment les plantes allouent-elles la biomasse lorsqu'elles sont simultanément en concurrence avec leurs voisines pour les ressources aériennes et souterraines et se défendent contre les insectes herbivores ? Comment ces pressions de sélection affectent-elles la sélection naturelle des caractères des plantes ?

Les interactions entre la compétition pour les ressources et la défense contre l'herbivorie sont complexes, difficiles à étudier par des expériences. Les progrès récents dans la configuration et l'intégration des modèles ont permis de comprendre le rôle de ces interactions complexes sur la sélection des plantes in silico.

Drs. Jorad de Vries de l'ETH Zürich avec Jochem Evers, Erik Poelman et Niels Anten, de l'Université de Wageningen développé une nouvelle méthode de modélisation pour comprendre comment différents niveaux de disponibilité des ressources, la pression de la concurrence et la pression des herbivores déterminent l'équilibre entre l'acquisition et la protection des ressources sur plusieurs générations.

Les auteurs ont développé un modèle de simulation qui combine un modèle végétal fonctionnel-structurel de la croissance des plantes dans un climat lumineux 3D avec un modèle de sélection naturelle. "En combinant ces deux méthodologies établies, nous sommes en mesure d'explorer le comportement complexe qui émerge des interactions entre les plantes multidimensionnelles et leurs environnements multidimensionnels pilotés par des mécanismes allant des échelles physiologiques des plantes aux échelles éco-évolutives", selon de Vries.

Le modèle végétal évolutif fonctionnel-structurel présenté dans cette étude a pu recréer les équilibres fonctionnels prédits par les principales théories écologiques sur les effets de la disponibilité des ressources et les compromis axés sur les ressources. Ces résultats étaient :

• La limitation des ressources a augmenté l'allocation de la biomasse vers les parties de la plante qui acquièrent cette ressource (lumière : feuilles et tiges, N : racines).
• Les plantes dans des environnements pauvres en azote ont exprimé des niveaux de défense plus élevés en raison de la capacité réduite de repousse dans ces environnements.
• Les peuplements denses sont sélectionnés pour les plantes hautes en raison de l'asymétrie inhérente à la concurrence pour la lumière en raison de la hauteur.
• La sélection a optimisé la distribution de la défense dans la canopée pour protéger les feuilles les plus précieuses en termes d'allocation actuelle des ressources et d'acquisition future des ressources.

Ce travail démontre que la valeur de l'investissement des plantes dans l'acquisition ou la protection des ressources est un problème dynamique qui est influencé par de multiples interactions écologiques, compromis et drames des communs, et nécessite donc un contexte éco-évolutif pour être pleinement compris. Les approches de modélisation mécaniste, telles que celle présentée ici, ont le potentiel d'aider les chercheurs à mieux comprendre les réponses des plantes aux environnements dynamiques et variables.

Le code du modèle et les données générées par le modèle sont accessibles au public dans le référentiel dryad à https://doi.org/10.5061/dryad.bnzs7h474.