Strengthening management of agrobiodiversity through social networks: A cross-disciplinary method for analyzing how local seed systems impact the diversity of domesticated plants

Project summary 1 CESAB CENTRE FOR THE SYNTHESIS AND ANALYSIS OF BIODIVERSITY NETSEED Strengthening management of agrobiodiversity through social networks: A cross-disciplinary method for analyzing how local seed systems impact the diversity of domesticated plants Principal investigator: Doyle MCKEY, Université de Montpellier / CNRS (FR) Postdocs: Marco PAUTASSO , CNRS Montpellier (FR) / Mathieu THOMAS, Inra (FR) Start and finish: 2011-2014 Crop biodiversity contributes to the performance of agroecosystems. Seed circulation (SC) by farmers is key to maintaining agrobiodiversity. Understanding how SC impacts food security requires studies integrating biological and social aspects. 2 Context and objectives Seeds of cultivated plants are both biological objects (carriers of genetic information) and social and economic objects (markers of identity and status). Seed circulation (SC) shapes the diffusion of agrobiodiversity, affecting the performance of agroecosystems. But SC is not driven by agronomic concerns alone; SC reflects social structure. No adequate framework existed for the analysis of such a ‘hybrid’ object. NetSeed’s objective was to develop a conceptual framework and methodology for integrating biological and social aspects of SC to understand how it contributes to ensuring food security. To respond to this challenge, we assembled an interdisciplinary team: 17 researchers from fields as diverse as geography, anthropology, population genetics and modelling. Our first task, to develop a common language across disciplines, would require producing a thesaurus, a glossary, and an “application ontology” integrating concepts from different disciplines and permitting analysis of disparate types of data. We then aimed to use the new framework to produce state-of-the-art reviews, advancing synthesis of the fragmented literature and pointing to gaps; to analyze our own data for general patterns; to identify limitations of current methods; and finally, to develop new methods for producing and analyzing the data needed for rigorous, truly integrative studies of SC networks. Methods and approaches used for the project. 1. We developed a logical framework (thesaurus, glossary, application ontology) that permits the mediation of different datasets. 2. Modeling in the framework of network theory, we explored how different paths of SC (network topology) affect the distribution of agrobiodiversity. 3. We developed a Latent Block Model and applied it to the 43 NetSeed datasets offering “snapshot” samples of crop diversity to characterize its distribution (at species and landrace levels) at local levels (within and among villages). 4. Three individual, comprehensive datasets integrating new protocols were separately analyzed, adapting for the first time Exponential Random Graph Models to SC data. Principal conclusions 1. NetSeed researchers developed the capability to think ‘outside the box’ of their parent disciplines, and graduate students used the novel methods developed. 2. Authoritative reviews synthesized past studies, identifying open questions, challenging common misconceptions among policy-makers about the nature of farmer SC networks and their contribution to food security and agrobiodiversity conservation. 3. Modelling showed that reciprocity is of decreasing importance for the persistence of varieties as SC network size increases. These counter-intuitive results validate the use of modelling in challenging assumptions and sharpening questions. 4. High-diversity farms contain both frequent and rare taxa and low-diversity farms contain only the most frequent plants. 5. Analyses of individual datasets showed that: (1) topology of SC networks depends on the crop’s biocultural status; (2) different social systems require 3 different sampling strategies; (3) larger volumes of seeds circulated over longer distances through different networks in “bad years”, indicating that SC networks can adapt to climate change. Anticipated (or actual) impact of these results for science, society, and public and private decision making NetSeed has had deep and broad impact. The role of agrobiodiversity in enhancing agroecosystem performance and maximizing their resilience in the face of climate change is increasingly recognized, as is the key role of farmers’ SC networks in maintaining agrobiodiversity. The synthetic reviews, modeling and empirical studies of NetSeed have strongly influenced research priorities in this area. Reaching a broad audience through articles in fundamental and applied journals in diverse fields, NetSeed’s work has contributed key insights to further the goal of achieving sustainable agriculture in the 21st Century. NetSeed’s legacy has outlived the project itself. NetSeed researchers soon began forming broader connections to profit from NetSeed’s impetus and create longterm synergies. NetSeed researchers formed the core of consortia in the project MADRES (Modelling and analysis of dynamics in SC networks, CNRS INEE); the program MIRES (Interdisciplinary methods for studying SC networks, INRA); and the research group (GDR) Résodiv (Networks, Society, Diversity: Methodological approaches for the study of agrobiodiversity dynamics, CNRS INEE). These daughter projects continue to produce high-impact research. NetSeed researchers make other key contributions internationally, for example, contributing three of the 17 chapters of the recent authoritative collective volume, The Commons, Plant Breeding and Agricultural Research (Routledge, London). PARTICIPANTS : A. BARNAUD, IRD Montpellier (FR) / E. GARINE, University of Paris Ouest (FR) / S. CAILLON, CNRS, Montpellier (FR) / P. CLOUVEL, Cirad, Montpellier (FR) / K. COFFEY, Columbia University (USA) / C. PADOCH, Instit. Econ. Botany (USA) / B. RERKASEM, Chiang Mai University (TH) / O. T. COOMES, McGill University (CA) / E. DEMEULENAERE, CNRS Paris (FR) / I. GOLDRINGER, INRAE (FR) / L. ELOY, CNRS Montpellier (FR) / L. EMPERAIRE, IRD Paris (FR) / C. LECLERC, Cirad, Montpellier (FR) / S. LOUAFI, Cirad Montpellier (FR) / S. McGUIRE, University of East Anglia (UK) / P. MARTIN, CIRAD Montpellier (FR) / F. MASSOL, Cemagref Aix-en-Provence (FR) / G. AISTARA, Central European Universitu (HU) / C. VIOLON, University of Paris Ouest (FR) / J. WENCELIUS, University of Paris Ouest (FR). Fiche résultat 1 CESAB CENTRE DE SYNTHÈSE ET D’ANALYSE SUR LA BIODIVERSITÉ NETSEED Renforcer la gestion de l’agrobiodiversité par les réseaux sociaux : une méthode transdisciplinaire pour analyser comment les systèmes semenciers locaux agissent sur la diversité des plantes domestiquées Porteur du projet : Doyle MCKEY, Université de Montpellier / CNRS (FR) Postdoctorants : Marco PAUTASSO , CNRS Montpellier (FR) / Mathieu THOMAS, Inra (FR) Début et fin du projet : 2011-2014 L’agrobiodiversité contribue à la performance des agroécosystèmes. La circulation de semences (CS) par les agriculteurs est un processus clé pour le maintien de l’agrobiodiversité. Comprendre comment la CS impacte la sécurité alimentaire nécessite l’intégration des aspects biologiques et sociaux. 2 Contexte et objectifs Les semences des plantes cultivées sont à la fois des objets biologiques (porteurs d’informations génétiques) et des objets sociaux et économiques (marqueurs d’identité et de statut). La circulation des semences (CS) n’est pas uniquement motivée par des préoccupations agronomiques ; elle reflète aussi la structure sociale. L’objectif de NetSeed était de développer un cadre conceptuel et une méthodologie pour intégrer les aspects biologiques et sociaux de la CS afin de comprendre comment elle façonne l’agrobiodiversité et contribue ainsi à assurer la sécurité alimentaire. Pour relever ce défi, nous avons constitué une équipe interdisciplinaire : 17 chercheurs issus de domaines aussi divers que la géographie, l’anthropologie, la génétique des populations et la modélisation. Notre première tâche consistait à développer un langage commun entre les disciplines à l’aide d’un thésaurus, d’un glossaire et d’une « ontologie applicative » pour analyser des jeux de données disparates. Nous avons ensuite utilisé ce cadre de pensée pour produire des articles synthétisant une littérature fragmentée qui mettait en évidence les lacunes de ce domaine ; analyser nos propres données et en déceler les tendances générales ; cerner les limites des méthodes actuelles ; et enfin, élaborer de nouvelles méthodes pour produire et analyser les données nécessaires à des études rigoureuses et véritablement intégratives des réseaux de CS. Méthode et approches utilisées pour le projet 1. Nous avons développé un cadre logique (thesaurus, glossaire, ontologie d’application) afin de comparer différents jeux de données. 2. Modelisant dans le cadre de la théorie des réseaux, nous avons exploré comment les différentes voies de CS (topologie du réseau) affectent la distribution de l’agrobiodiversité. 3. Nous avons développé un modèle type « Latent Block », l’appliquant aux 43 jeux de données NetSeed pour caractériser la repartition de l’agrobiodiversité (aux échelles espèce et variété) localement (au sein et entre les villages). 4. Trois jeux de données compréhensifs, integrant de nouveaux protocols, ont été analysés individuellement, en adaptant pour la première fois les modèles type Exponential Random Graph à des données sur la CS. Principales conclusions 1. Les chercheurs de NetSeed ont dépassé les frontières de leur discipline d’origine, et les étudiants ont su utiliser les méthodes développées dans le projet. 2. Nos articles de synthèse ont permis d’identifier les questions non traitées, de mettre à mal les idées courantes parmi les décideurs sur la nature des réseaux de CS paysannes et leur contribution à la sécurité alimentaire et à la conservation de l’agrobiodiversité. 3. La modélisation a montré que la réciprocité est de moins en moins importante pour la persistance des variétés à mesure que la taille du réseau SC augmente. Ces résultats contre-intuitifs valident l’utilisation de la modélisation pour remettre en question des hypothèses et affiner nos questions. 4. Les fermes très diversifiées contiennent à la fois des taxons fréquents et rares, et les fermes peu diversifiées ne contiennent que les plantes les plus fréquentes. 3 5. Les analyses des jeux de données individuels ont démontré que : (1) la topologie des réseaux de CS dépend du statut bioculturel des plantes échangées ; (2) une pluralité de systèmes sociaux exige des stratégies d’échantillonnage différentes ; (3) des volumes plus importants de semences circulent sur de plus longues distances à travers différents réseaux pendant les « mauvaises années », indiquant que les réseaux de CS peuvent s’adapter au changement climatique. Impact pour la science et la société, la décision publique et privée Le rôle de l’agrobiodiversité dans l’amélioration de la performance des agroécosystèmes et l’optimisation de leur résilience face aux changements climatiques est maintenant reconnu, tout comme l’impact des réseaux de CS des agriculteurs sur l’agrobiodiversité. Les revues de synthèse, la modélisation et les études empiriques de NetSeed ont fortement influencé les priorités de recherche dans ce domaine. Atteignant un large public par le biais d’articles dans des revues fondamentales et appliquées, le travail de NetSeed a apporté des idées clés pour une agriculture durable au 21ème siècle. L’héritage de NetSeed a survécu au projet lui-même. Les chercheurs de NetSeed ont rapidement commencé à établir des liens plus larges pour profiter de l’élan de NetSeed et créer des synergies à long terme. Les chercheurs de NetSeed ont formé le noyau des consortiums du projet Madres (Modélisation et analyse de la dynamique des réseaux d’échange de semences, CNRS Inee), du programme Mires (Méthodes interdisciplinaires d’étude des réseaux d’échange de semences, Inra) et du groupe de recherche (GDR) Résodiv (Réseau, société et diversité : approches méthodologiques pour l’étude de la dynamique agrobiodiversité, CNRS Inee). Ces projets continuent de produire des recherches à fort impact. Les chercheurs de NetSeed apportent d’autres contributions importantes à l’échelle internationale, par exemple trois des 17 chapitres du récent ouvrage collectif faisant aujourd’hui autorité : The Commons, Plant Breeding and Agricultural Research (Routledge, Londres). PARTICIPANTS : A. BARNAUD, IRD Montpellier (FR) / E. GARINE, University of Paris Ouest (FR) / S. CAILLON, CNRS, Montpellier (FR) / P. CLOUVEL, Cirad, Montpellier (FR) / K. COFFEY, Columbia University (USA) / C. PADOCH, Instit. Econ. Botany (USA) / B. RERKASEM, Chiang Mai University (TH) / O. T. COOMES, McGill University (CA) / E. DEMEULENAERE, CNRS Paris (FR) / I. GOLDRINGER, Inrae (FR) / L. ELOY, CNRS Montpellier (FR) / L. EMPERAIRE, IRD Paris (FR) / C. LECLERC, Cirad, Montpellier (FR) / S. LOUAFI, Cirad Montpellier (FR) / S. McGUIRE, University of East Anglia (UK) / P. MARTIN, Cirad Montpellier (FR) / F. MASSOL, Cemagref Aix-en-Provence (FR) / G. AISTARA, Central European Universitu (HU) / C. VIOLON, University of Paris Ouest (FR) / J. WENCELIUS, University of Paris Ouest (FR).