Dissertations / Theses on the topic 'Macroécologie'

Quels sont les grands patrons de distribution des espèces et quels sont les facteurs qui les contrôlent? Ces questions sont au cœur des problématiques macroécologiques et prennent un intérêt tout particulier au regard du réchauffement climatique global actuel. L'objectif principal de ce travail de thèse était de déterminer les patrons de distribution actuels des espèces d'oursins antarctiques et subantarctiques à l'échelle de l'océan Austral et de mettre en évidence les facteurs qui contrôlent ces distributions. La modélisation des niches écologiques d'une vingtaine d'espèces d'oursins a permis de mettre en évidence deux grands patrons de distribution : (1) un premier représenté par les espèces dont la distribution n'est pas limitée au sud du Front Polaire et s'étend des côtes antarctiques aux zones subantarctiques et tempérées froides et (2) un deuxième constitué d'espèces restreintes à la zone antarctique. Au sein de ces deux patrons, cinq sous-patrons ont également pu être défini sur la base de différences de distribution latitudinale et bathymétrique entre groupes d'espèces. Cette approche biogéographique par modélisation de niche écologique a été complétée par l'analyse de similarité de l'ensemble des faunes d'oursins, de bivalves et de gastéropodes, au niveau spécifique et générique, entre biorégions de l'océan Austral. Cette analyse démontre qu'il existe chez les oursins et les bivalves des connexions fauniques entre l'Amérique du Sud et les zones subantarctiques ainsi qu'une séparation entre l'Est et l'Ouest antarctique. Au contraire, les faunes de gastéropodes subantarctiques montrent des affinités plutôt antarctiques que sud-américaines, l'Antarctique ne formant qu'une unique province pour ce clade. Ces différences entre clades sont interprétées comme étant le résultat d'histoires évolutive et biogéographique distinctes entre oursins et bivalves d'une part et gastéropodes d'autre part. L'hypothèse d'une réponse évolutive différente des clades aux changements environnementaux survenus au cours du Cénozoïque est avancée. Enfin, l'existence de connexions fauniques trans-antarctiques est mise en évidence dans l'étude des trois clades ; celles-ci sont interprétées comme le résultat de la dislocation de la calotte ouest-antarctique et l'ouverture de bras de mer trans-antarctiques au cours du Pléistocène. Parmi les paramètres environnementaux utilisés dans la modélisation des niches écologiques, les résultats montrent que trois paramètres jouent un rôle majeur dans la distribution des oursins : la profondeur, la couverture de glace et la température des eaux de surface. Toutefois, l'importance relative de ces paramètres diffère selon les espèces d'oursins étudiées. L'étude du genre Sterechinus souligne tout particulièrement ces différences. En effet, l'espèce S. neumayeri est plus sensible aux conditions environnementales qui prédominent près des côtes antarctiques (température des eaux de surface et couverture de glace), alors que S. antarcticus semble être beaucoup moins contraint par ces mêmes paramètres. La distribution potentielle de S. antarcticus est d'ailleurs beaucoup plus étendue en latitude. Cependant, S. antarcticus n'est pas présent sur l'ensemble de son aire de distribution potentielle, ceci pouvant être expliqué alternativement par le résultat (1) de facteurs océanographiques (rôle de barrière biogéographique joué par le Front Polaire), (2) d'interactions biotiques (phénomènes de compétition inter-spécifique) et (3) du contexte temporel (colonisation toujours en cours).

Les radiations évolutives sont des phénomènes de diversification rapide, et une source majeure de la diversité biologique sur Terre. J'explore ici l'hypothèse selon laquelle les mécanismes écologiques et génétiques à la base des radiations évolutives structurent les patrons macroécologiques et macroévolutifs de diversité. Pour ce faire, j'analyse les prédictions de plusieurs modèles de radiation émergeant des dynamiques spatio-temporelles à l'échelle individuelle. Ces analyses montrent d'abord que la structuration spatiale est un facteur majeur de diversité et d'endémisme au sein des archipels océaniques, en raison d'interactions entre dispersion et spéciation allopatrique. L'intégration de la dynamique des paysages et des processus d'interactions compétitives révèle ensuite comment ces facteurs se combinent pour structurer la forme des arbres phylogénétiques, et notamment générer des arbres déséquilibrés et une décélération du tempo de branchement, souvent observés dans les phylogénies moléculaires. J'explore alors les mécanismes responsables de cette décélération. Je montre qu'elle reflète une diversité-dépendance négative du taux de spéciation, liée à une réduction de la persistance et différentiation écologique des nouvelles populations. Le taux d'extinction n'est lui pas influencé par la diversité, les extinctions étant ici surtout causées par une combinaison d'exclusion compétitive et d'hybridation d'espèces incipientes. Enfin, je mets en évidence l'importance, lors d'une crise d'extinction, de la topologie rangée des arbres phylogénétiques et de la distribution des extinctions sur les pertes de diversité phylogénétique, et donc sur le potentiel d'évolution future
Evolutionary radiations are phenomena of rapid diversification, and one of the major sources of biodiversity on Earth. Here, I explore the hypothesis that ecological and genetic mechanisms underpinning evolutionary radiations structure macroecological and macroevolutionary patterns of diversity. To this end, I analyse the predictions of several models in which radiations emerge from spatio-temporal dynamics at the scale of the individual. These analyses first show that spatial structure is a major driver of diversity and endemism on oceanic archipelagos due to interactions between dispersal and allopatric speciation. Second, by integrating landscape dynamics and the processes of competitive interactions, I reveal how these factors combine to shape phylogenetic trees, and in particular to beget trees that are unbalanced and exhibit a deceleration in branching tempo, which is often observed on molecular phylogenies. I then explore the mechanisms responsible for this deceleration. I show that it reflects a negative diversity-dependence of the speciation rate, itself linked to a reduction in the persistence and ecological differentiation of new populations. The extinction rate is, on the other hand, uninfluenced by species diversity, extinctions being here mainly caused by a combinaison of competitive exclusion and hybridization of incipient species. Finally, I show that during mass extinctions the ranked topology of phylogenetic trees and the distribution of extinctions among the tips have a strong impact on the loss of phylogenetic diversity, and hence on the potential for future evolution

Les communautés de mammifères d'Europe de l'Oligocène supérieur au Pliocène inférieur : paléobiogéographie et paléobiodiversité des ongulés, paléoenvironnements et paléoécologie évolutive résumé : Le Néogène voit des changements paléogéographiques et climatiques qui entraînent des fluctuations du contexte biogéographique des grands mammifères. Les affinités fauniques et la diversité, quantifiées par des indices, augmentent jusqu'à la fin du Miocène moyen puis diminuent vers le Pliocène. Deux facteurs, physiographique puis climatique, contrôlent ces tendances. La distribution des poids des espèces des communautés indique la mise en place d'environnements de types tropicaux humides en Europe du N-O et de milieux plus arides et ouverts dans le S-O au cours du Miocène inférieur et moyen. Le Miocène supérieur est caractérisé par une aridification générale. La biogéographie des mammifères européens actuels semble trouver ses racines dès le Miocène moyen et n'est pas le seul reflet des cycles climatiques quaternaires. La régulation hiérarchique de la diversité est mise en évidence : les niveaux de l'espèce puis de la communauté réagissent à des perturbations d'intensité respectivement croissante

La diadromie représente un cycle de vie qui implique obligatoirement des migrations entre la mer et l’eau douce. La diadromie s’est maintenue dans différentes lignées évolutives de poissons, mettant ainsi en évidence l’existence d’avantages adaptatifs comme la capacité à coloniser des milieux vierges ou de mieux exploiter la variabilité spatio-temporelle de l’environnement. Une hypothèse pour expliquer l’origine et le maintien de la diadromie postule que les migrations entre mer et rivière ont pour but de placer les individus dans le milieu qui favorisera la croissance avant la première reproduction. Une croissance en mer et une reproduction en rivière (anadromie) serait favorisée si la productivité primaire en eau douce est inférieure à celle des milieux marins environnants tandis que la situation inverse (catadromie ; reproduction en mer, croissance en rivière) est attendue quand le différentiel de productivité est en faveur des eaux douces. Les résultats de notre étude réalisée à l’échelle du globe confirment cette hypothèse et montrent également que les poissons diadromes se trouvent majoritairement dans des rivières à faible richesse spécifique et/ou ouvertes à la colonisation après le retrait des glaciers au Quaternaire. Leur capacité à coloniser de nouveaux milieux permet aux diadromes d’être très présents sur les îles océaniques. Si la biodiversité sur les îles océaniques a été largement étudiée, très peu d’études ont porté sur les poissons d’eau douce qui s’y trouvent. Notre étude des peuplements de poissons des îles polynésiennes confirme la généralité d’un modèle proposé pour les faunes terrestres prédisant une relation en dôme entre richesse spécifique et âge de l’île. Nos résultats montrent également que la richesse diminue avec la distance au centre de biodiversité le plus proche et augmente avec l’altitude maximale de l’île.Malgré leur succès évolutif, les poissons diadromes se révèlent très vulnérables face aux activités humaines (surexploitation, pollution de l’eau, barrages…). De ce fait, de nombreuses espèces sont classées comme vulnérables par l’IUCN. Paradoxalement, notre étude sur les caractéristiques biologiques et écologiques des espèces qui se sont éteintes récemment à l’échelle du globe n’identifie pas la diadromie comme un facteur aggravant. Cette étude montre que le critère biologique principal menant à l’extinction est l’endémisme et une aire de distribution géographique restreinte. Bien que souvent en déclin, beaucoup d’espèces diadromes ont jusqu’ici échappé à l’extinction du fait de leur aire de distribution initiale de grande taille, résultat probable de leur grande capacité de dispersion. Un très bon exemple est l’esturgeon européen, Acipenser sturio, initialement largement distribué en Europe mais qui après un fort déclin à partir de 1850 ne se reproduit plus que dans le seul bassin de la Garonne. Pour mieux suivre le déclin de cette espèce au cours du temps, nous avons étudié sa distribution avant 1850 à l’aide de données archéozoologiques. L’analyse de ces données suggère une diminution des populations très ancienne, initiée il y a 2500 ans. A l’aide de températures passées reconstituées, nous avons montré que des températures élevées expliquent en partie l’occurrence d’esturgeons dans les sites archéologiques mais sans contribuer à expliquer son déclin. Ces résultats suggèrent un impact de l’homme précoce sur les populations d’esturgeons. Cette thèse a permis de synthétiser les connaissances sur les poissons diadromes concernant leur distribution géographique à diverses échelles de temps et d’espace, et de contribuer à une meilleure compréhension de leur diversité et de leur vulnérabilité
Diadromous species exhibit a life-cycle implying migrations between freshwater and ocean. Diadromy is observed in many fish lineages suggesting that adaptive traits are associated with this strategy such as better dispersal ability and more efficient tracking of the spatio-temporal variability of the environment. One of the hypotheses that have been put forward to explain the evolution and persistence of diadromy states that the purpose of migrations is to select environmental conditions that will optimize pre-reproductive growth. Growing at sea and reproducing in river (anadromy) is supposed to be favored when freshwater primary productivity is lower in freshwater than in the nearby sea. The reverse (growing in freshwater, reproducing in ocean; catadromy) is expected when productivity is higher in sea than in freshwater. According to our study, conducted at a global scale, this hypothesis holds true. In addition it is shown that diadromous species are overrepresented in species poor rivers and/or in those that have been open to colonization after the retreat of glaciers after the last glacial maximum. Because of their dispersal ability, diadromous species are also over-represented on oceanic islands. Biodiversity on islands is classical topic of biogeography but yet few studies have dealt with freshwater fishes. In our study of fish communities from the Polynesian islands, we demonstrate the generality of a model initially built to explain terrestrial biodiversity on oceanic islands. As predicted by this model, species richness peaks at peaks at intermediate island age. Also revealed by our results are a positive relationship between island elevation and species richness and a decrease in species richness as the distance from the nearest biodiversity hotspot increases. Diadromy has been a successful strategy over geologic times but in face to human activities it seems to contribute to extinction proneness, as exemplified by the numerous diadromous species red listed by IUCN. Paradoxically, our study about the biological and ecological traits shared by the freshwater fishes that have been recently globally extinct does not suggest that diadromy has been a major factor. This study points to endemism and restricted geographic range size as the major determinants of extinction. It seems that because of their dispersal abilities, diadromous species tend to have widespread historical distributions and, even if many species are declining, this prevented most of them from being entirely extirpated. This is well exemplified by the European sturgeon (Asipenser sturio), formerly widely distributed over Europe and now restricted to one reproducing population in the Garonne River, because of dramatic population collapses after 1850. To have a better idea of the fate of this species before 1850, we analyzed archaeozoological records. According to our analyses, sturgeons started to decline a long time ago, about 2500 years ago. Using reconstructed past temperatures, our analyses show that a high temperature increases the probability of finding this species in archeological remains but cannot explain entirely the observed decline. This suggests that human activities impacted sturgeon populations well before the industrial revolution. This thesis by synthesizing species occurrence data over different spatial and temporal scales contributed to a better knowledge about the diversity and vulnerability of diadromous fishes

Cette thèse a pour objectif de combiner plusieurs théories opérant à différentes échelles spatiales afin de mieux prédire l'effet des changements globaux, tels que la modification du climat, l’exploitation intensive des ressources ou la disparition des espaces naturels, sur la structure et le fonctionnement des écosystèmes. L'originalité de ce travail est l'utilisation de la masse corporelle des espèces pour caractériser à la fois leur dynamique spatiale, leurs interactions trophiques ainsi que les flux de biomasse au sein de l’écosystème. Cette approche offre l'avantage de relier les propriétés des écosystèmes à un trait fonctionnel mesurable à l'échelle de l'espèce, voire même de l'individu.J'étudie dans un premier temps le lien entre la diversité des écosystèmes et leur stabilité, qui est une question centrale dans le domaine de l’écologie. Il a été démontré que les écosystèmes très diversifiés en espèces ne devraient pas perdurer du fait de leur trop grande sensibilité aux perturbations, ce qui soulève un paradoxe puisque les écosystèmes riches en espèces abondent dans la nature. Grâce à la compilation et à l'analyse d'un important jeu de données d'écosystèmes empiriques, je montre qu'il n'existe pas de relation entre la stabilité, la diversité et la complexité des écosystèmes. Une analyse détaillée des données démontre que la structure très organisée des flux de biomasse observés entre les prédateurs et leurs proies est l’un des principaux fondements de la stabilité des écosystèmes.Je relie ensuite ces propriétés stabilisantes à des caractéristiques mesurables à l’échelle de l’espèce. À partir de la masse corporelle des espèces, je détermine les interactions trophiques, les besoins énergétiques ainsi que les biomasses à l’équilibre des espèces d’un écosystème afin de modéliser des réseaux trophiques réalistes. Je trouve que les écosystèmes composés d’espèces de masses corporelles très différentes sont caractérisés par un nombre important d'interactions proie-prédateur de faible intensité et sont plus stables que ceux possédant des espèces de masse corporelle similaires.J'étudie enfin l’effet de la taille et de l’isolement d’un habitat sur la moyenne et la variance de la masse corporelle des espèces qui y coexistent à partir de modèles intégrant les différences interspécifiques de dispersion, de vulnérabilité aux extinctions et la position trophique des espèces. Je compare les prédictions des modèles aux distributions de masse corporelle observées dans les assemblages de poissons récifaux tropicaux en me basant sur une base de données globale. L'analyse de ces données démontre que les assemblages locaux de poissons ne correspondent pas à un sous-ensemble aléatoire du pool régional et valident les prédictions de la théorie allométrique et trophique de la biogéographie des îles.L’intégration de l’écologie fonctionnelle, de la biogéographie et de la théorie sur la stabilité des systèmes dynamiques ouvre de nouvelles perspectives pour la conservation des écosystèmes puisqu'elle met en évidence l'effet de la fragmentation des espaces naturels sur la diversité fonctionnelle, et par extension sur la structure et le fonctionnement des écosystèmes
The general objective of this thesis is to combine theories acting at different spatial scales in order to better predict the effect of global changes, such as such as resource overexploitation, climate change or habitat fragmentation, on ecosystem functioning. The unique feature of this work is the use of species body mass to describe both spatial dynamics, trophic interactions and biomass flows between the species of an ecosystem. An advantage to this approach is that it links ecosystem properties to a functional trait, measured at the species or even the individual level.First, I study the relationship between the diversity and the stability of ecosystems. It has been demonstrated that species-rich, complex ecosystems should be too sensitive to perturbations to persist through time, which raises a paradox as many species-rich ecosystems are observed in nature. With the compilation and the analysis of a large dataset of empirically measured ecosystems, I show that there is no relationship between stability and diversity or complexity in real ecosystems. A further analysis demonstrates that the non-random organization of energy flows between predators and prey allows complex ecosystem to be stable.A second step is to link this stabilizing structure to species functional traits. I derive food web topology, species energetic needs and equilibrium densities from body mass to build quantitative realistic food webs. I find that food webs composed of species with very different body masses are characterized by a high number of weak trophic interactions and are more stable than food webs with more similar species.Finally, I study the effect of habitat area and isolation of the mean and variance of species body mass distribution, using models integrating the interspecific variability of dispersal ability, vulnerability to extinctions and trophic position. I compare model predictions to observed body mass distributions of fish assemblages found on tropical reefs with a global database. I find that body mass distribution in local fish assemblages does not correspond to a random sample of the regional species pool, which confirms the predictions of the allometric and trophic theory of island biogeography.The integration of functional ecology, island biogeography and theory on the stability of complex systems open new perspectives in the fields of macroecology and ecosystem management since it highlights the potential impact of habitat destruction and fragmentation on the functional reorganization of species assemblages and therefore on the structure and functioning of ecosystems

Avec 1 776 espèces, le genre Carex (Cyperaceae) est l'un des plus grands genres d'Angiospermes. Il est principalement réparti dans les zones tempérées de l'Hémisphère nord mais est aussi présent dans les zones alpines tropicales. Le but principal de cette thèse est de comprendre d'où vient cette importante richesse spécifique. Cette question a été traitée du point de vue phylogénétique et écologique. Les relations phylogénétiques chez Carex ont été établies à partir du marqueur nucléaire ITS et de deux loci chloroplastiques trnT-L-F and rpl16. Nous avons utilisé deux régions chloroplastiques et ITS pour tester la validité des 36 sections principales de Carex d'Europe centrale. L'analyse a révélé des incompatibilités entre les phylogénies chloroplastique et nucléaire en particulier pour le sous-genre Vignea. Nous suggérons que les fortes incongruences du sous-genre Vignea proviendraient d'évènements anciens d'hybridation. L'évolution réticulée du sous-genre a montré, par exemple, que les deux espèces dioïque Carex davalliana et Carex dioica proviendraient d'une hybridation ancienne entre des plantes qui présentaient des morphologies différentes des épis (androcandre et gynécandre). L'hybridation dans le genre a donc pu entraîner l'apparition de nouveaux caractères ainsi que de nouvelles espèces. Les régions nucléaires et chloroplastiques sont par contre phylogénétiquement congruentes dans le sous genre Carex. La combinaison des données moléculaires pour ce sous genre montre des résultats inattendus comme la section Racemosae (=Atratae) qui est phylogénétiquement voisine de la sect. Digitatae. Le sous-genre Carex présente un grand nombre d'espèce dans la flore Suisse. Nous l'avons étudié d'un point de vue écologique. L'analyse des habitats sur la topologie de l'arbre phylogénétique montre qu'une lignée de Carex a une capacité limitée de changer d'habitat. .
Carex (Cyperaceae) is mainly distributed in the Northern hemisphere but is also present in the alpine areas of the tropics. With 1,776 spp. It is one of the biggest genera of Angiosperms. The main purpose of this thesis is to understand why Carex is so species rich. This issue was addressed from the phylogenetic and ecological points of view. Phylogenetic relationships in Carex have been inferred from the nuclear marker ITS and two chloroplast loci trnT-L-F and rpl16. We tested the influence of the chloroplast versus ITS phylogenies of the 36 main Central European sections of Carex. The analyses revealed discrepancies between plastid and rDNA phylogenies in the subg. Vignea clade, but it was not demonstrated in subg. Carex. The strong incongruences in subg. Vignea were assessed to come from hybridisation. The reticulate evolution of the subgenus showed that dioecism in Carex davalliana and Carex dioica came from an ancestral hybridisation, between plants that presented opposite spike morphologies (androcandrous vs gynocandrous). Thus hybridisation in the genus can be considered as giving new features and a source of new species. The nuclear and chloroplast regions have been shown to be phylogenetically congruent in subg. Carex. The combinaison of data in the subg. Carex shows unexpected results like sect. Racemosae (=Atratae) phylogenetically related to sect. Digitatae. The high species richness of subg. Carex in Switzerland was more closely investigated from the ecological point of view. The analysis of the habitat on the phylogenetic tree topology shows that species have limited ability to shift their habitats. Moreover, the analysis of ecological parameters shows that species do not have a high ecological plasticity. .

Pendant longtemps, la biodiversité était caractérisée uniquement par sa diversité taxonomique, c'est-à-dire par le nombre et la composition en espèces des assemblages. Cependant, de récentes études montrent que la biodiversité ne peut être résumée uniquement à cette composante, car elle ne prend pas en compte les caractéristiques écologiques des espèces. Pour cela, la diversité fonctionnelle est un outil permettant de considérer les traits fonctionnels des espèces. Peu d'études à larges échelles ont décrit cette facette de la biodiversité et son lien avec la diversité taxonomique. L'objectif de cette thèse est donc de 1) décrire et comprendre la distribution de la diversité fonctionnelle des assemblages de poissons d'eau douce à l'échelle globale et de 2) quantifier les conséquences des activités humaines sur cette facette. Pour cela, nous avons construit une base de données de traits fonctionnels de plus de 9000 espèces de poissons d'eau douce. Nous avons mis en évidence que la diversité fonctionnelle mondiale est distribuée de façon très hétérogène. Elle est essentiellement concentrée dans les bassins Néotropicaux, contrastant avec des zones taxonomiquement riches mais fonctionnellement redondantes comme l'Afrique ou l'Asie. Ces patrons pouvaient être expliqués par une diversification fonctionnelle de certains ordres de poissons Néotropicaux. À l'échelle des bassins versants, nous avons montré une faible, mais significative, influence des variables environnementales en particulier des variables historiques pour expliquer l'hétérogénéité des patrons de diversité fonctionnel des bassins versants. Nous avons également montré que les activités humaines, sous l'effet des introductions d'espèces, ont contribué à modifier considérablement les patrons de diversité fonctionnelle par rapport aux changements de diversité taxonomique. Ces changements mettent en évidence la nécessité de prendre en compte les conséquences des espèces non-natives sur le fonctionnement des écosystèmes. Dans ce travail de thèse, nous avons ainsi démontré que la diversité fonctionnelle est une facette complémentaire à la diversité taxonomique chez des poissons d'eau douce. Ces résultats contribuent à enrichir les connaissances de la structure des assemblages et peuvent avoir des implications en termes de gestion de la biodiversité
For a long time, biodiversity was characterised solely by its taxonomic diversity, i.e. the number and species composition of assemblages. However, recent studies show that biodiversity cannot be summed up solely by this component as it does not take into account the ecological characteristics of species. For this, functional diversity is a tool for considering the functional traits of species. Few large-scale studies have described this facet of biodiversity and its link with taxonomic diversity. The aim of this thesis is therefore to 1) describe and understand the distribution of functional diversity of freshwater fish assemblages on a global scale and 2) quantify the consequences of human activities on this facet. For this purpose, we have built a database of functional traits of more than 9000 species of freshwater fish. We have shown that the world's functional diversity is very heterogeneously distributed. It is essentially concentrated in the Neotropical basins, contrasting with taxonomically rich but functionally redundant areas such as Africa or Asia. These patterns could be explained by a functional diversification of certain orders of Neotropical fish. At the watershed scale, we showed a weak, but significant, influence of environmental variables, in particular historical variables, to explain the heterogeneity of the functional diversity patterns of watersheds. We have also shown that human activities, under the effect of species introductions, have contributed to a significant change in functional diversity patterns compared to changes in taxonomic diversity. These changes highlight the need to take into account the consequences of non-native species on ecosystem functioning. In this thesis work, we have thus demonstrated that functional diversity is a complementary facet of taxonomic diversity in freshwater fish. These results contribute to knowledge of the structure of assemblages and may have implications in terms of biodiversity management

Cette thèse cherche à déterminer l’influence de l’environnement abiotique sur la structure des assemblages de poissons dans les estuaires européens tidaux à partir d’une approche macroécologique. L’environnement abiotique de 135 estuaires, du Portugal à l’Ecosse, est caractérisé par une quinzaine de descripteurs en utilisant une approche écohydrologique. Les assemblages de poissons d’une centaine d’estuaires sont caractérisés par les données de pêche acquises au cours de campagnes scientifiques conduites dans le cadre de la Directive-Cadre européenne sur l’Eau (DCE). Néanmoins, ces données sont souvent hétérogènes du fait des différences entre les protocoles d’échantillonnage utilisés. Afin de limiter cette hétérogénéité, une sélection rigoureuse et une procédure de standardisation des données ont été effectuées. Les assemblages de poissons sont décrits à l’aide d’indices globaux ou fonctionnels relatifs à la richesse spécifique et à l’abondance. A l’aide de modèles linéaires généralisés, des relations sont établies entre des attributs de l’ichtyofaune et des gradients abiotiques à large échelle et au sein de l’estuaire. La richesse spécifique totale, et en particulier celle des espèces marines et migratrices amphihalines, augmente avec la taille de l’estuaire. De plus, elle apparaît plus élevée dans les estuaires associés à un large plateau continental. Les plus fortes densités totales et, en particulier, celles des espèces résidentes et marines, sont associées aux estuaires présentant une grande proportion en zones intertidales. Les assemblages de poissons estuariens apparaissent fortement structurés par le gradient de salinité à la fois en termes de richesse spécifique et de densité. En parallèle, cette thèse apporte des éléments témoignant d’un décalage vers le Nord de plusieurs espèces de poissons estuariens dans le contexte du réchauffement climatique global. Les résultats de cette thèse contribueront à l’amélioration des indicateurs biotiques basés sur l’ichtyofaune qui sont actuellement développés dans le contexte de la DCE
Based on a macroecological approach, this thesis aims at determining the influence of the abiotic environment on the structure of fish assemblages among European tidal estuaries. The abiotic environment of 135 North-Eastern Atlantic estuaries from Portugal to Scotland was characterised by fifteen descriptors using an ecohydrological approach. The fish assemblages of about a hundred estuaries were characterised by fish data collected during scientific surveys conducted in the context of the European Water Framework Directive (WFD). Nonetheless, differences among sampling protocols resulted in highly heterogeneous datasets. To limit this heterogeneity, a rigorous selections and standardisation processes were carried out. Fish assemblages were described by total or functional indices related to species richness or abundance. Relationships were identified between large-scale and intra-estuarine abiotic gradients and fish attributes by fitting generalised linear models. Results showed that the total number of species, and more especially of marine and diadromous species, increased with the estuary size. Moreover, the total species richness appeared higher in estuaries associated to a wide continental shelf. The greatest total densities, and more particularly total densities of resident and marine species, were associated to estuaries with a great proportion of intertidal areas. Fish assemblages appeared also strongly structured by the salinity gradient in terms of both species richness and density. Furthermore, this thesis brought some evidence of northward migration of estuarine fish species in the context of the global warming. The results of this thesis will contribute to improve the fish indicators that are currently developed in the context of the European WFD

L'objectif de cette thèse est de préciser les patrons de variabilité des communautés piscicoles
entre les plans d'eau en vue de contribuer à la compréhension des mécanismes qui en sont
responsables, qu'ils soient naturels ou conséquences des activités de l'Homme. Cette
approche macroécologique des peuplements en France et dans le nord-est des Etats-Unis a
montré des patrons d'addition et de remplacement d'espèces en fonction des caractéristiques
abiotiques locales et de la position géographique des plans d'eau. Le rôle structurant des
interactions biotiques est moins évident. Les introductions d'espèces modifient radicalement
la relation entre richesses locales et régionales alors que l'occupation agricole et urbaine des
bassins versants entraîne des modifications de la structure en guildes des communautés. La
convergence observée dans la réponse des communautés aux conditions climatiques et à la
taille du plan d'eau montre que la disponibilité des habitats de reproduction exerce une
contrainte forte sur les communautés locales et autorise quelques inférences sur les
conséquences du changement climatique global. L'étude des règles d'assemblage et une
réflexion relative au fonctionnement de métacommunautés à l'échelle des bassins versants
offrent des perspectives sur les plans scientifique et appliqués.

L'objectif de cette thèse est de préciser les patrons de variabilité des communautés piscicoles entre les plans d'eau en vue de contribuer à la compréhension des mécanismes qui en sont responsables, qu'ils soient naturels ou conséquences des activités de l'Homme. Cette approche macroécologique des peuplements en France et dans le nord-est des Etats-Unis a montré des patrons d'addition et de remplacement d'espèces en fonction des caractéristiques abiotiques locales et de la position géographique des plans d'eau. Le rôle structurant des interactions biotiques est moins évident. Les introductions d'espèces modifient radicalement la relation entre richesses locales et régionales alors que l'occupation agricole et urbaine des bassins versants entraîne des modifications de la structure en guildes des communautés. La convergence observée dans la réponse des communautés aux conditions climatiques et à la taille du plan d'eau montre que la disponibilité des habitats de reproduction exerce une contrainte forte sur les communautés locales et autorise quelques inférences sur les conséquences du changement climatique global. L'étude des règles d'assemblage et une réflexion relative au fonctionnement de métacommunautés à l'échelle des bassins versants offrent des perspectives sur les plans scientifique et appliqués
The objective of this thesis was to investigate fish community patterns in the lakes of France and northeast USA in order to infer the underlying processes. This was achieved using a macroecological approach. Fish communities displayed patterns of addition and replacement of species along environmental gradients related to the lakes' local features and geographic location. The structuring role of biotic interactions was not demonstrated. Human-mediated species introductions clearly perturb the relation of local vs. Regional species richnesses. Land use in the lakes' catchments appears to modify guild community structure. The response of community structure along gradients of temperature and lake size displayed convergence between the lakes of France and northeast USA, thereby indicating that that the availability of spawning substrates exerts a strong constraint on local communities. These results allow to infer the potential effect of global warming on lake fish communities. Complementary studies of assembly rules and metacommunity processes should be fruitful for both basic and applied ecology

La thématique centrale de cette thèse, située à l’interface entre macroécologie et macroévolution, consiste en l’analyse des dynamiques spatio-temporelles de distribution des ammonites du Pliensbachien inf. de la Téthys de l’Ouest. Deux problématiques sont abordées : comment la similarité compositionnelle des assemblages décroît-elle avec la distance géographique? Quel est le lien entre la taille des aires de répartition des espèces et leur phylogénie, leur durée de vie, et leur position latitudinale?Grâce à une analyse des relations de SDD, nous montrons que plus l’environnement est homogène, plus les ammonites se dispersent librement ; et que leur dispersion sur de grandes distances n’est pas liée à leur morphologie, ce qui suggère qu’elle se faisait essentiellement via une dérive planctonique aux cours des stades juvéniles.Notre étude de l’étendue de la répartition des ammonites révèle que cette caractéristique n’est ni stable, ni propre à un clade. Son héritabilité phylogénétique dépend de la stabilité spatio-temporelle de l’environnement et varie selon l’estimateur de répartition et l’intervalle de temps considérés, et entre des espèces d’un même groupe contemporaines les unes des autres. De plus, l’étendue de répartition n’a pas d’effet sur la durée de vie des espèces. Cette absence de corrélation semble prévaloir chez les ammonoïdes, ce groupe étant connu pour présenter de grandes aires de répartition associées à des courtes durées de vie. Enfin, les étendues latitudinales des ammonites étudiées tendent à être maximales aux basses latitudes et augmentent des moyennes vers les hautes latitudes, conformément à la Règle de Rapoport. Ceci suggère qu’elles étaient vraisemblablement température-dépendantes et qu’un gradient de température des eaux existait au Pliensbachien inf. dans la province NW européenne
The present work, which lies between macroecology and macroevolution, focuses on the spatio-temporal dynamics of early Pliensbachian ammonites of the western Tethys. Two main questions are addressed: how does inter-assemblage compositional similarity decrease with geographical distance? What is the relationship between species range size and phylogeny, species duration and latitudinal position?Ammonite dispersal dynamics are studied through a multi-scale Similarity Distance Decay analysis. We show that their long-distance dispersal is facilitated when the environment is more homogeneous and that it is not related to their morphology. This suggests that their long-distance dispersal occurred essentially through a passive planktonic drift during the first juvenile stages.We also show that ammonite geographical range size is neither stable, nor clade-specific. Indeed, its phylogenetic heritability depends on the spatio-temporal stability of the environment and it varies according to the range variable chosen, the temporal interval considered, and among contemporary species of the same group. Furthermore, the size of their geographical range has no effect on species duration. In fact, this lack of correlation seems to prevail among ammonoids, as this group is well-known for showing both large geographical distributions and short species durations. Finally, species latitudinal ranges tend to be maximal at low latitudes and to increase from middle to high latitudes during the early Pliensbachian, in accordance with the Rapoport’s rule. This suggests that these ammonites were probably temperature-dependent and that a latitudinal gradient of sea-surface temperature occurred in the NW European province during the early Pliensbachian

Les poissons migrateurs amphihalins évoluent dans un environnement qui est perturbé, à l’échelle globale, par le changement climatique et à l’échelle régionale, par les pressions anthropiques telles que les barrages et la pollution des cours d’eau. Cette étude, menée à l’échelle continentale, avait pour objectif d’évaluer, de comprendre et de prédire les impacts de changements globaux sur la distribution de ce groupe. Afin de répondre à cette problématique, des modèles empiriques de distribution ont été construits pour chacune des 28 espèces étudiées. Leurs distributions ont été décrites au début et à la fin du XXème siècle, en termes de présence-absence et de classes d’abondance. Les variables explicatives potentielles étaient de type physique, climatique, biotique et anthropique. Dans un premier temps, il a été mis en évidence que la répartition vers 1900 des poissons migrateurs amphihalins était fortement contrainte par leur histoire biogéographique et par les conditions thermiques et hydrauliques de l’habitat continental. La projection de ces distributions, à la fin du XXIème siècle, dans le contexte du changement climatique, a montré la forte sensibilité de ce groupe aux modifications du climat. Bien que spécifiques à chaque espèce, les réponses ont pu être classées en trois catégories : expansion de l’aire de répartition, contraction de l’aire de répartition et peu ou pas de changement. Dans un deuxième temps, pour la première fois à l’échelle continentale, l’importance des grands barrages et de la densité de populations humaines pour expliquer la distribution actuelle de ces espèces a été démontrée. Les relations sont apparues complexes et dépendantes des caractéristiques écologiques des espèces, notamment de la position de leurs habitats de croissance et de reproduction le long du réseau hydrographique et de leur place au sein du réseau trophique
Diadromous fishes live in an environment disturbed, at global scale, by climate change and at regional scale, by anthropogenic pressures such as dams and river pollution. This study, performed at continental scale, aimed to assess, understand and predict the impacts of global changes on the distribution of this group. To address this issue, empirical distribution models were built for each of the 28 species studied. Their distributions were described at the beginning and the end of the twentieth century, in terms of presence-absence and abundance. Different types of explanatory variables were used, i.e. physical, climatic, biotic and anthropogenic. On the one hand, it was demonstrated that the distribution of diadromous fishes around 1900 was constrained by their biogeographical history and by the thermal and hydraulic characteristics of the continental habitat. Projection of these distributions, at the end of the twenty-first century, under climate change, highlighted the sensitivity of this group to climatic modifications. Responses were species-specific but could be classified into three categories: expansion of the distribution range, contraction of the distribution range and little or no change. On the other hand, for the first time at continental scale, the importance of large dams and human population density to explain the current diadromous fish distribution was demonstrated. The relationships seemed complex and to be dependent on the species’ ecological characteristics, particularly the position of their essential habitats along the river network and their place within the food web

Les prédateurs marins supérieurs, ici les cétacés et les oiseaux marins, doivent développer des stratégies optimales d’utilisation des ressources et des habitats. Notre objectif était d’explorer leurs habitats en fonction de leurs coûts de vie. Nous avons postulé que les prédateurs coûteux étaient contraints d’occuper les habitats de meilleure qualité alors que les prédateurs plus économes pouvaient occuper les habitats de qualité moindre. Nous nous sommes basés sur des guildes de cétacés et oiseaux définies selon leurs coûts de vie et les observations de survols aériens dans trois régions tropicales (l’Atlantique Ouest tropical, le Sud Ouest de l’Océan Indien et la Polynésie française). Nous avons construit des modèles additifs généralisés à partir de variables physiographiques (ex : profondeur), océanographiques (ex : activité tourbillonnaire) et biologiques (ex : chlorophylle et micronecton) pour décrire la qualité des habitats. Nous avons d’abord modélisé les habitats des cétacés et oiseaux à l’échelle régionale. Les cétacés coûteux occupaient les habitats de meilleure qualité alors que les cétacés plus économes occupaient aussi les habitats de qualité moindre. La distribution des oiseaux reflétait principalement celle des colonies et leur dépendance à la qualité de l’habitat semblait moins claire. Nous avons ensuite mis en évidence des propriétés génériques de distribution des cétacés et fourni des prédictions circumtropicales. Cette thèse a donné un nouvel aperçu des stratégies d’utilisation des habitats des prédateurs supérieurs à la lumière de leurs coûts de vie. Ces prédictions spatiales ont des implications majeures pour la gestion de ces espèces et de leurs écosystèmes
Marine top predators, here cetaceans and seabirds, must develop optimal strategies of resource and habitat utilization. The main goal of this dissertation was to investigate cetacean and seabird strategies of habitat utilization in relation to their energetic costs of living. We hypothesized that predators with high costs of living should be constrained to high quality habitats, whereas less active predators could cope with habitats of lesser quality. We studied the habitats of cetacean and seabird guilds defined according to their likely costs of living. We relied on sightings collected from aerial surveys in three tropical regions (the western tropical Atlantic, the Southwest Indian Ocean and French Polynesia). We built generalized additive models based on a range of physiographic (e.g. depth), oceanographic (e.g. mesoscale activity) and biological variables (e.g. chlorophyll concentration and micronekton) to describe the quality of pelagic habitats. We first modeled cetacean and seabird habitats at the regional scale. Energetically costly cetaceans appeared to be constrained to the highest quality habitats, whereas less active cetaceans exploited habitats of lesser quality. Seabird distributions primarily reflected colony locations and their dependences on habitat quality were less clear. We then highlighted generic properties of cetacean distributions and provided predictions at the circumtropical scale. This dissertation gave new insights on top predator strategies of habitats utilization in light of their costs of living. These spatial predictions have significant implications for the management of these species and of their pelagic ecosystems

La recherche sur les réseaux écologiques a identifié des motifs universels dans la façon dont les espèces interagissent entre elles. Les processus responsables de ces structures ont été étudiés à l'échelle locale. En revanche, l'influence de processus opérant à plus grande échelle, tels que le climat ou l'hétérogénéité des habitats, est encore très mal comprise. L'objectif principal de cette thèse est d'élaborer une vision globale des réseaux macroécologiques, intégrant réseaux écologiques et biogéographie. Dans un premier temps, je montre que la variation géographique de la structure des réseaux écologiques dépend de l'échelle spatiale d'observation. J'étudie ensuite de manière théorique et empirique les mécanismes qui sous-tendent le changement de structure des réseaux à travers les échelles spatiales et comment ces mécanismes varient à travers des gradients biogéographiques. Dans un monde en pleine mutation anthropogène, comprendre comment la structure de ces réseaux change avec l'aire des régions considérées est essentiel pour appréhender les conséquences écologiques de la perte d'habitat et de la fragmentation
Research on ecological networks has identified universal patterns in the way species interact across different habitat types and their consequences for community dynamics and stability. However, most processes responsible for the observed structural patterns are suggested to operate at the local scale. The influence of processes operating at larger scales, such as climate or habitat heterogeneity, on the structure of species interaction networks, is still largely unknown. The main objective of this thesis is to build a comprehensive view on macroecological networks that integrates ecological networks and biogeography. First, I show how the geographical variation of the network structure depends on the spatial scale of observation. I then study theoretically and test empirically the mechanisms underlying changes in network structure across spatial scales and how these mechanisms vary across large biogeographical gradients. Thus, this thesis shows that understanding how the structure of ecological networks change with area size is central to assess the possible effects of habitat loss and fragmentation on ecological communities in a changing world

L'impact de la prédation par le chat domestique, Felis catus, sur la biodiversité connait un essor croissant dans la recherche en écologie mais aussi dans le débat public. Les populations férales de chats domestiques ont eu des effets dévastateurs sur les écosystèmes insulaires et en Australie, provoquant des extinctions locales et globales d'espèces endémiques, soulevant des préoccupations majeures de conservation. En tant que carnivores obligatoires avec un régime alimentaire diversifié, ces populations de chats sont responsables de la disparition de nombreuses espèces appartenant à divers taxons, ce qui souligne l'urgence de mesures de conservation adaptées. Cependant, l'impact de Felis catus sur la biodiversité dans les contextes continentaux, hors Australie, demeure peu exploré, exigeant des études plus approfondies pour comprendre leur rôle écologique et atténuer efficacement, si nécessaire, leurs impacts. Cette thèse explore, à l'échelle macro-écologique, les caractéristiques de la prédation de Felis catus sur les mammifères et les oiseaux endémiques et examine l'intensité de cette prédation en tenant compte de différents types de populations de chats. S'appuyant sur des bases de données ouvertes incluant traits, phylogénie, distribution et preuves de prédation, et enrichie par l'intelligence artificielle, l'objectif est de déterminer les espèces pour lesquelles la prédation par les chats pourrait entraîner des extinctions locales. En outre, cette étude examine également les facteurs influençant la mobilité des chats domestiques pour mieux comprendre leur impact sur la faune locale. Ce travail vise à redéfinir notre compréhension des interactions entre nos animaux domestiques et la biodiversité, en mettant en lumière les défis et opportunités pour la conservation à l'ère de l'anthropocène. Dans cette recherche, le chat domestique est analysé non pas comme un envahisseur mais à travers un double continuum de son indépendance par rapport aux humains et de sa nouveauté en tant que prédateur, dans un effort pour approfondir ces phénomènes sur des bases écologiques solides
The impact of predation by the domestic cat, Felis catus, on biodiversity is increasingly recognized in ecological research as well as in public debate. Feral populations of domestic cats have had devastating effects on island ecosystems and in Australia, causing local and global extinctions of endemic species and raising major conservation concerns. As obligate carnivores with a diverse diet, these cat populations are responsible for the extinction of numerous species across various taxa, highlighting the urgency of appropriate conservation measures. However, the impact of Felis catus on biodiversity in continental contexts outside of Australia remains underexplored, requiring further studies to understand their ecological role and effectively mitigate their impacts if necessary. This thesis explores on a macro-ecological scale the patterns of Felis catus predation on endemic mammals and birds and examines the intensity of this predation considering different types of cat populations. Relying on open databases that include traits, phylogeny, distribution, and evidence of predation, and enhanced by artificial intelligence, the goal is to identify the species for which predation by cats could lead to local extinctions. Furthermore, this study also examines the factors influencing the mobility of domestic cats to better understand their impact on local wildlife. This work aims to redefine our understanding of the interactions between our domestic companions and the surrounding biodiversity, highlighting the challenges and opportunities for conservation in the Anthropocene era. In this research, the domestic cat is analyzed not as an invasive species but through a dual continuum of its independence from humans and its novelty as a predator, to deepen these phenomena on solid ecological grounds

Les mammifères sont présents sur la surface terrestre depuis au moins le crétacé et ont colonisé l’ensemble des continents et des océans. Mon travail s’attache à comprendre la nature et l’importance relative des processus qui ont pu conduire à la répartition géographique actuelle des mammifères et notamment aux similarités faunistiques entre régions du globe. En décrivant les facettes phylogénétiques et fonctionnelles de la biodiversité des mammifères, j’adopte une approche résolument intégrative, à l’interface entre la biogéographie historique et la biogéographie fonctionnelle.À partir d’un travail de revue et de synthèse, la première partie de la thèse me permet de dégager un nombre limité de grandes lignes structurelles décrivant les facettes phylogénétiques et fonctionnelles de la biodiversité. En particulier, je mets en évidence comment la variation de l’échelle phylogénétique de travail peut permettre de mettre en lumière différents processus.La seconde partie de ma thèse s’attache à utiliser cette approche pour expliquer la répartition des mammifères sur le globe. Nous montrons ainsi que les compositions faunistiques à large échelle phylogénétique (p. ex. pour les familles) semblent expliquées par l’isolement géographique des masses continentales au cours du cénozoïque alors que les compositions à fine échelle phylogénétique (p. ex. pour les espèces) sont davantage conditionnées par les affinités climatiques. Nous montrons ensuite que les régions ayant développées des faunes mammaliennes indépendantes présentent en fait des similarités fonctionnelles exceptionnelles, résultat d’une évolution convergente.Comprendre les déterminants historiques et écologiques d’une telle répartition ne représente pourtant qu’un premier pas vers leur sauvegarde face aux multiples menaces anthropiques. La dernière partie de ma thèse entreprend de montrer l’importance d’une vision intégrative combinant les facettes phylogénétiques, fonctionnelles et taxonomiques pour la conservation de l’ensemble des dimensions de la diversité mammalienne
Mammals inhabit the Earth since at least the Cretaceous and have colonised all continents and oceans. My work aims at understanding the nature and importance of the different processes leading to current geographical distributions of mammals and in particular faunal similarities between regions of the globe. By describing the phylogenetic and functional facets of mammalian diversity, I adopt an integrative approach, at the interface between historical and functional biogeography.First, I review and synthesize most of the published multifaceted diversity metrics to propose a limited number of structural dimensions that parsimoniously describe the phylogenetic and functional structure of species assemblages. In particular, I point out how a multi-phylogenetic scale approach might improve our understanding of the mechanisms shaping diversity patterns.Second, I use this approach to understand the geographical distribution of mammals worldwide. I show that at large phylogenetic scales (e.g. families) distributions seem to be driven by geographic isolation of the regions over the course of the Cenozoic Era, while at small phylogenetic scales (e.g. species), distributions are related to climatic affinities. In addition, I show that those regions having developed independent mammalian faunas show exceptional functional similarities due to evolutionary convergences.Understanding the historical and ecological drivers of mammal biodiversity only represents the first step toward their conservation in the face of anthropic threats. The last part of my thesis shows the importance of an integrative approach using phylogenetic, functional and taxonomic facets to protect all dimensions of mammal diversity

Le recrutement – nombre de jeunes individus issus de la reproduction qui contribuent annuellement au renouvellement des stocks de poissons exploités – est un facteur clé de la dynamique de ces stocks. La forte variabilité du recrutement de la plupart des populations est liée en grande partie à l'influence des facteurs de l'environnement sur la survie lors des premiers stades de développement. La compréhension du déterminisme de cette variabilité est primordiale pour une gestion efficace des stocks. Cette thèse avait pour objectif de généraliser un certain nombre de points concernant l'influence de l'environnement sur le recrutement, par l'utilisation d'une approche macroécologique portant sur l'ensemble des populations exploitées de l'Atlantique Nord-Est. Le premier chapitre présente les concepts et les méthodes d'analyse de la variabilité du recrutement. La synthèse de grandes hypothèses du déterminisme du recrutement permet de préciser les influences respectives des facteurs environnementaux et des autres facteurs sur la variabilité du recrutement. Les relations stock/recrutement sont ensuite présentées, en partant du cas concret des populations considérées dans cette étude. Le chapitre se termine parla présentation des différentes voies d'étude de la variabilité du recrutement et la justificatin du choix d'une approche macroécologique
Recruitment – the number of young fishes that integrate each year the exploitable stock – has a central importance for stock dynamics. The high temporal variability in recruitmentis a result of the environmental influence on survival during early life stages. Understanding the determinism of the influence of environment on recruitment remains one of the most important question in fisheries ecology. The present work aimed at answering some general questions about the influence of environment on fish recruitment using a marcroecological approach. The study focused on the exploited fish populations of the Northeasterm Atlantic. The first chapter of the thesis make a review of the different methods used to estimate recruitment compares recruitment estimates from these different methods, and discusses their reliability. Recruitment estimates fro cohort analysis models, concerning more than 60 populations of 18 species are finally retained to study recruitment variability. The second chapter presents the main concepts and the different approaches to the study of recruitment variability. A review of the major hypotheses concerning recruitment determinismis first made in order to detail the respective influence of environmental factors and of other factors on recruitment variability. The link between stodk size and recruitment is the presented based on the analysis of the data concerning the populations considered in this work. The chapter ends with a presentation of the different approaches used to study recruitment variability and the justification factors and the justification of the choice of a macroecological approach

Bien que les espèces non natives de poissons d'eau douce soient bien identifiées, les facteurs déterminant leur distribution spatiale ainsi que leurs impacts sur la biodiversité sont encore peu connus, en particulier à de larges échelles spatiales. Dans ce contexte, cette thèse vise : (i) à une meilleure compréhension de l'impact des espèces non natives de poissons d'eau douce sur les espèces natives ; et (ii) à identifier les facteurs qui contrôlent la distribution spatiale des espèces non natives. Pour cela, différents niveaux de perception du processus d'introduction d'espèces et différentes échelles spatiales ont été considérés. Les résultats obtenus à l'échelle locale (135 stations au sein d'un bassin hydrographique de Nouvelle Zélande) ont permis de mettre en évidence que l'impact d'une espèce invasive (la truite, Salmo trutta L. ) sur une espèce native (Galaxias anomalus Stockell) peut varier spatialement en fonction des caractéristiques abiotiques locales. En particulier, les perturbations anthropiques, telles que la modification des habitats résultant des variations de débit, ne favorisent pas forcément les espèces invasives. Ainsi, la conservation d'une espèce native menacée nécessite des mesures de gestion adaptées au contexte environnemental local. Enfin, une étude expérimentale souligne le fait qu'une espèce considérée à priori comme invasive et nuisible (le poisson chat, Ameiurus melas Raff. ) doit faire l'objet d'études quant à son impact réel sur les espèces natives ; ceci afin de mettre en place des mesures de gestion adaptées aux caractéristiques comportementales et écologiques de l'espèce impactée. Les résultats obtenus à l'échelle régionale (bassin hydrographique) montrent que les introductions d'espèces de poissons d'eau douce en Europe ont conduit à une augmentation de la diversité alpha des bassins hydrographiques (c'est-à-dire une augmentation du pool régional d'espèces), mais ont provoqué une diminution de la diversité beta (homogénéisation taxonomique). L'augmentation du pool régional de poissons d'eau douce en Europe ne doit pas forcément être interprétée comme bénéfique pour la biodiversité, car les extinctions d'espèces se déroulent généralement à des échelles de temps plus grandes que le phénomène d'introduction d'espèces. .
Although non-native fish species are well identified, the determinants of their spatial distribution and their impacts on biodiversity are poorly documented, especially at large spatial scales. In that context, this thesis aims (i) at improving our knowledge on the potential impacts of non-native fish species and (ii) at identifying the factors controlling their spatial distribution. This was achieved by considering different spatial scales. The local-scale approach (stream reach within a river basin) first shows that local abiotic conditions can influence the spatial distribution of an invasive species (brown trout, Salmo trutta L. ) in a New Zealand river basin and hence can mediate its impact on a native species (Galaxias anomalus Stockell). Especially, anthropogenic disturbances (such as water abstraction for agricultural purposes) do not necessarily promote species invasions as reported by most previous studies. Therefore, the effective conservation of threatened native species implies the implementation of management strategies adapted to the local environmental context. Last, an experimental study reveals that a species considered as invasive (such as brown bullhead, Ameiurus melas Raff. ) should be systematically studied in regards to its impact on native species. This is necessary to set up management strategies that account for the behavioural and ecological characteristics of the impacted native species. The regional-scale approach (river basin) first shows that the introductions of non-native fish species in Europe led to (i) an increase of the size of the regional pool of species (i. E. An increase in alpha diversity) and (ii) a decrease of the taxonomic similarity between river basins (i. E. A decrease in beta diversity corresponding to a taxonomic homogenization). .

Comprendre la répartition géographique des espèces dans l'espace et le temps est un défi de longue date en écologie et évolution. Parmi les principales composantes de la répartition des espèces, la taille de l'aire de répartition géographique a été étudiée dans plusieurs groupes taxonomiques, et liée à de multiples facteurs écologiques et évolutifs. La taille de l'aire de répartition géographique des espèces est également liée au risque d'extinction, où les espèces occupant des aires géographiques plus petites présentent un risque d'extinction plus élevé, et relève donc d'une importance primordiale dans les stratégies de conservation. Les résultats concernant ces aspects fondamentaux et appliqués de la taille de l'aire de répartition géographique ont largement négligé les poissons d'eau douce, se concentrant généralement sur d'autres groupes de vertébrés (p.ex. les mammifères, les oiseaux). Cependant, les poissons d'eau douce, le groupe de vertébrés le plus diversifié, peuvent fournir de nouvelles perspectives sur les déterminants de la taille de l'aire géographique et sur l'impact des perturbations anthropiques en raison de la forme dendritique unique et la taille réduite de leur habitat (des réseaux fluviaux) par rapport aux autres écosystèmes terrestres et marins. Dans ce travail de doctorat, nous avons analysé pour la première fois les patrons globaux de la taille de l'aire géographique des espèces de poissons d'eau douce et testé les hypothèses explicatives précédemment proposées pour d'autres groupes taxonomiques. Nos résultats ont montré que la connectivité actuelle et historique sont les facteurs les plus importants qui déterminent la taille de l'aire de répartition géographique des poissons d'eau douce, contrastant avec les principaux déterminants signalés chez les vertébrés terrestres et marins. D'un point de vue appliqué, nous nous sommes concentrés sur la relation macroécologique communément observée entre la taille de l'aire géographique et la taille corporelle des espèces. Cette relation permettrait d'estimer la taille minimale de l'aire géographique nécessaire aux espèces pour leur persistance à long terme. En se basant sur les fluctuations temporelles des abondances des espèces, nous fournissons une validation mécaniste de cette relation, confortant son utilisation pour identifier les espèces vulnérables et leurs changements de risque d'extinction face aux réductions de l'aire géographique induites par des facteurs anthropiques. En utilisant un bassin fluvial tropical comme étude de cas, nous avons utilisé cette relation macroécologique pour quantifier les changements dans le risque d'extinction des espèces en raison de la fragmentation de leurs aires de répartition due au développement de l'hydroélectricité. Les résultats et les données compilés dans cette thèse représentent des informations utiles pour guider et informer la conservation des poissons d'eau douce et fourni des éléments pour continuer à combler les lacunes théoriques
Understanding the geographic distribution of species across space and time is one of the long-standing challenges in ecology and evolution. Among the major components of species distribution, the species' geographic range size has been studied across several taxonomic groups and has been related to multiple ecological and evolutionary factors. The geographic range size of species is also of paramount importance in conservation strategies because it consistently emerges as a key correlate of extinction risk, where species occupying smaller geographic ranges are assumed to have a higher risk of extinction. Results concerning these fundamental and applied aspects of geographic range size have largely neglected freshwater fish, commonly focusing on the usual vertebrate groups (e.g. mammals, birds). However, freshwater fish, the most diverse vertebrate group, can provide novel insights about the geographic range size determinants and threats because of the unique dendritic shape and reduced amount of their habitat (i.e. river networks) compared to other terrestrial and marine ecosystems. In this PhD work, we analyzed for the first time the global patterns of geographic range size in freshwater fish species and tested previous hypotheses proposed to explain the variation of geographic range size in other taxonomic groups. Our findings showed that current and historical connectivity are the most important factors driving the geographic range size of freshwater fishes, contrasting with the main determinants reported for terrestrial and marine taxa. From an applied point of view, we focused on the usually observed macroecological relationship between the species' geographic range size and body size. This relationship would allow estimating the minimum geographic range size needed by species for long-term persistence. Based on ecological theory of species temporal fluctuations of abundances, we provide a mechanistic validation of this relationship, supporting its use to identify vulnerable species and their changes in extinction risk through reduced geographic ranges induced by anthropogenic factors. Using a tropical river basin as a case study, we used this macroecological relationship to quantify changes in species extinction risk due to the fragmentation of their ranges caused by hydropower development. The results and the data compiled in this thesis represent useful information to guide and inform conservation in freshwater fish and give the opportunity to continue filling theoretical gaps

L'extinction de masse permo‐triasique (~252 Ma) a décimé plus de 90% des espèces marines vivant à cette époque. La récupération biotique consécutive était jusqu'alors considérée comme extrêmement lente (~10 millions d'années). Dans ce contexte, les ammonoïdes (céphalopodes) du Trias inférieur constituent un ensemble phylogénétiquement bien contraint d'organismes marins abondant dans le registre fossile, et donc particulièrement appropriés à l'étude de l'impact des conditions climatiques et océaniques (températures
[SST], courants, etc.) sur les dynamiques macroécologiques et biogéographiques post‐crise. Afin d'appréhender l'impact relatif de ces paramètres, nous avons élaboré un modèle de simulation 2D, dit modèle « géophylétique », où les SST et les courants forcent la dispersion géographique d'un ensemble phylogénétique généré aléatoirement. Les simulations indiquent que la forme et l'intensité du gradient latitudinal de diversité résultent de la combinaison de deux effets « milieu de domaine », l'un géographique et l'autre thermique, en lien avec la forme et l'intensité du gradient de SST : plus celui‐ci est marqué, plus le gradient de diversité est accentué. Ces résultats sont comparés aux données fossiles, augmentées de plusieurs nouvelles faunes du Smithien de Chine du Sud, présentées ici sous une forme monographique. Celles‐ci indiquent que les ammonoïdes sont, après la crise permo‐triasique, parmi les organismes marins les plus rapides à se re‐diversifier et à reconquérir l'océan mondial (< ~2 ma). Le début du Trias inférieur est marqué par un gradient latitudinal de diversité très faible, avec de très nombreux genres cosmopolites. Ce gradient de diversité s'accentue progressivement durant le Trias inférieur, en lien avec une augmentation de la différentiation latitudinale et du degré d'endémisme des faunes. Cette accentuation correspond vraisemblablement au développement d'un fort gradient latitudinal de SST au cours du Trias inférieur.

Les modifications environnementales qui affectent aujourd'hui les milieux marins recouvrent des problématiques scientifiques et sociétales majeures, d'autant que ces changements devraient s'accélérer au cours du 21ème siècle. Comprendre et anticiper la réponse de la biodiversité marine à ces changements représente un enjeu scientifique d'actualité. Les approches biogéographiques et macroécologiques constituent un cadre scientifique dans lequel il est possible d'étudier, de décrire, et de comprendre les motifs de distribution des espèces à large échelle et d'estimer leur évolution possible face aux changements environnementaux. C'est notamment le cas dans l'océan Austral où les effets du changement climatique se font déjà sentir et où les modifications environnementales associées pourraient avoir des effets profonds sur la structure et le fonctionnement des écosystèmes. Malgré de récents efforts d'échantillonnage, nos connaissances sur la distribution des espèces dans l’océan Austral comptent encore de nombreuses lacunes attribuables au caractère récent des découvertes, à l'isolement et à l'éloignement de cet océan d'accès difficiles. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse consistaient à mieux comprendre les motifs de distribution d'espèces à l’échelle de l’océan Austral, à mettre en évidence les facteurs qui en sont à l’origine et enfin, à évaluer l’impact du changement climatique sur leur distribution. Pour cela, différents types de modèles de niche écologique (MNE) ont été employés. Les échinides (oursins), organismes communs des communautés benthiques de l’océan Austral ont servi de modèle d'étude pour ce travail
Current environmental changes, which impact marine environments, cover major scientific and societal issues, especially as these environmental changes are expected to accelerate along the 21st century. Understanding and forecasting the response of marine biodiversity to these changes is a pregnant scientific issue. Biogeographic and macroecological approaches provide a scientific framework for that purpose. They allow describing and understanding species distribution patterns at large spatial scale as well as estimating their potential shift with regards to environmental change. This is particularly true in the Southern Ocean, where the effects of climate change are already occurring and where environmental changes could have a deep and manifold impact on the structure and functioning of marine ecosystems. Despite recent sampling efforts, our knowledge of the Southern Ocean species distributions still faces many shortcomings due to the rather recent discovery of this ocean, its isolation and remoteness along with difficult access conditions. In this context, the aims of this thesis are to better understand the factors that drive species distribution patterns at the Southern Ocean scale, and to assess the impact of climate change on their distribution. For this purpose, different types of Species Distribution Models (SDM) have been used. Echinoids (sea urchins), which are common organisms of benthic communities in the Southern Ocean, have been used as a biological model for this work

Un ensemble de disciplines tente de comprendre les causes de la distribution de la biodiversité à la surface de la terre. Cette thèse, à l'interface entre macro-écologie et phylogéographie, démêle le rôle relatif des différents facteurs environnementaux et des processus contrôlant la diversité des crustacés aquatiques souterrains en Europe. L'utilisation d'un modèle biologique souterrain permet d'écarter l'effet de la saisonnalité thermique, omniprésente dans les milieux de surface. L'action de multiples facteurs – plus particulièrement la disponibilité des ressources trophiques et l'hétérogénéité environnementale – et les variations régionales de leur importance relative fournissent l'explication la plus parcimonieuse des patrons de richesse. Ce résultat s'oppose au paradigme du rôle prépondérant du processus d'extinction causé par les fortes oscillations climatiques du Pléistocène en Europe du nord. Toutefois, ces oscillations ont très probablement sélectionné des organismes mobiles qui participent à l'augmentation de la taille moyenne des aires de répartition des espèces avec la latitude. La reconstruction de la dynamique des aires de distribution montre que la dispersion est un processus très hétérogène entre et au sein des espèces. Elle interviendrait lors de courtes fenêtres temporelles entre lesquelles l'adaptation locale tendrait au contraire, à contrecarrer les capacités de dispersion. Enfin, ce travail propose des pistes de réflexion afin d'expliquer plus précisément, à partir de données moléculaires supplémentaires et d'outils génomiques, les variations géographiques des taux de diversification et de substitution à l'échelle continentale
A set of disciplines attempt to understand causes of biodiversity patterns on the earth. This thesis, at the frontier between macroecology and phylogeography, disentangles the relative influence of environmental factors and processes shaping groundwater crustacean diversity in Europe. Groundwater habitats offer useful case studies for avoiding the effect of thermal seasonality, which is pervasive in surface ecosystems. The influence of multiple factors – especially productive energy and spatial heterogeneity – and regional variation in their relative importance provide the most parsimonious explanation of species richness patterns. This result undermines the prominent role attributed to the disproportionate extinction of species in northern European regions with high historical climate oscillations. However, these oscillations have probably selected vagile species which contribute to the increase in median range size of species with latitude. Reconstructing range dynamics shows that dispersal is a heterogeneous process within and among species. It may occur during short time windows between which local adaptation favors specialization. Finally, I suggest several research avenues using molecular data and genomic tools for understanding geographical variation in diversification and substitution rates at continental scale

L'étude de la biodiversité passée, de sa dynamique et des paramètres déterminant son évolution, est un préalable nécessaire à la compréhension de l’érosion de la biodiversité actuelle. En étudiant les conditions environnementales et historiques associées aux assemblages taxinomiques, il est possible d'inférer les liens dynamiques qui unissent les variations de l'environnement et de la biodiversité. Pour cela, un Système d'Information Géographique (SIG) a été développé à partir des compilations du registre fossile des mammifères terrestres cénozoïques d'Amérique du Nord publiées par Janis et al. (1998, 2008). Ce registre, s'étendant de la crise Crétacé/Paléogène (66 Ma) au Pléistocène inférieur (�1,8 Ma) et couvrant les territoires actuels des Etats-Unis, du Canada et du Mexique, est l'un des registres fossiles les mieux connus et les plus complets au monde. Sur la base de ces données d'occurrences géoréférencées, il devient possible de caractériser les patrons de distributions et d'observer les fluctuations temporelles et spatiales de plusieurs dimensions de la biodiversité (diversité taxinomique, disparité, diversité fonctionnelle, diversité phylogénétique.). L'observation de ces variations spatio-temporelles de biodiversité peut être réalisée à différentes échelles (locale à continentale) et pour différents types d'assemblages écologiques ou taxinomiques (communautés, métacommunautés, guildes trophiques, groupes de taille, espèces, genres, familles.), permettant en retour de tester différentes hypothèses à l'interface entre macroévolution et macroécologie. Ainsi, deux axes de recherche principaux ont pu être développés dans le cadre de ce travail. Le premier s'enracine dans une problématique centrale en macroévolution : l'impact de l'organisation chronologique des informations paléontologiques dans un système biozonal discret sur la reconstruction de séries temporelles de diversité et de taux d'évolution (apparitions et extinctions). A partir de simulations, l'effet de la discrétisation temporelle est estimé en fonction du registre fossile étudié ; un algorithme est développé afin d'en corriger les distorsions. Le second axe de recherche s'enracine dans une problématique centrale en macroécologie : comment caractériser a posteriori, sur la base de données d’occurrences taxinomiques échantillonnées au sein d'assemblages, la part relative des processus d'assemblage par la niche et par la dispersion dans la construction et le maintien de communautés et métacommunautés ? Afin de répondre à cette question, un nouvel outil analytique appelé « PER-SIMPER » est développé à partir de la méthode SIMPER (Clarke 1993). Dans un premier temps, la précision et la consistance de cette nouvelle méthode sont évaluées à l'aide de simulations basées sur des automates cellulaires. Dans un second temps, l'analyse PER-SIMPER de l'ensemble des biozones enregistrées au sein du SIG est réalisée ; les résultats obtenus sont discutés au regard des changements climatiques et environnementaux associés à l’histoire évolutive des mammifères cénozoïques nord-américains. Finalement, les résultats obtenus permettent d’identifier différentes perspectives de recherche à court, moyen et long termes, tant sur leplan analytique que méthodologique
The study of past biodiversity, its evolutionary dynamics and related control parameters is a fundamental prerequisite for understanding the ongoing global biodiversity loss. Considering the environmental and historical conditions related to taxonomical assemblages, the dynamic links associating environmental changes and biodiversity can be inferred. To achieve this, a Geographic Information System (GIS) has been developed based on Janis et al.'s (1998, 2008) compilations of the north-American Cenozoic mammal fos- sil record. Ranging from the Cretaceous/Paleogene crisis (66 Ma) to the early Pleistocene (�1.8 Ma), this fossil record covers extant United States, Canada, and Mexico territories; it is one of the best known and most complete fossil record in the World. Based on these georeferenced data of fossil occurrences, it be- comes possible to characterize distribution patterns and to observe spatial and temporal variations of sev- eral aspects of biodiversity (taxonomical diversity, disparity, functional diversity, phylogenetic diversity.). The observation of spatial and temporal variations of biodiversity can be achieved at various geographical scales (local to continental) and for different types of ecological or taxonomical assemblages (communi- ties, metacommunities, trophic guilds, size groups, species, genera, families.); in turn, these observations make possible testing various hypotheses at the interface between macroevolution and macroecology. In this way, two main research axes have been developed in this work. The first research axis roots into a central issue of macroevolutionary studies: the impact of the chronological organization of paleontologi- cal data within a discrete biozonation on the reconstruction of biodiversity and evolutionary rate (origina- tion and extinction) time series. Based on simulations, the effect of time discretization is investigated; an algorithm is developed in order to correct the distorting effect induced by the time discretization process. The second research axis developed in this work roots into a central macroecological question: based on taxonomical occurrence data sampled within assemblages, how to characterize the relative contribution of niche- and dispersal-assembly processes in the building and conservation of communities and meta- communities? Building on Clarke's (1993) SIMPER method, a new analytical tool called "PER-SIMPER" has been developed in order to answer this question. First, the accuracy and consistency of this new method is evaluated through cellular automaton-like simulations. Then, the PER-SIMPER analysis of all biozones recorded within the GIS is achieved, and results are discussed with respect to the climate and environmen- tal changes related to the evolutionary history of north-American Cenozoic mammals. Finally, the results obtained from both research axes allow the identification of several short, middle and long-term analytical as well as methodological research perspectives