From taxonomy to multiple-trait bioassessment : the role of Chironomidae in separating naturally poor from disturbed communities

par Sónia Raquel Quinás Serra

Thèse de doctorat en Écologie

Sous la direction de Sylvain Doledec et de Maria João Feio.

Le président du jury était Pierre Marmonier.

Le jury était composé de Sylvain Doledec, Maria João Feio.

Les rapporteurs étaient Samantha Hugues, Philippe Usseglio-Polatera.

  • Titre traduit

    D'une approche taxonomique à une approcha par les traits biologiques en bioévaluation : rôle des Chironomidae pour discriminer les communautés perturbées de celles naturellement pauvres


  • Résumé

    La famille des Chironomidae (Dipteres) présente une large distribution mondiale dans une large gamme d'habitats. Ses représentants ont colonisé presque tous les habitats d'eau douce et on trouve également des Chironomidae dans des environnements terrestres et marins. Cette famille représente ainsi une composante majeure des macroinvertébrés benthiques en termes d'abondance et de richesse. De part leur position trophique, les Chironomidae dominent souvent les communautés non perturbés en termes d'abondance et de biomasse, et représentent plus de 50% des espèces de macroinvertébrés benthiques dans les eaux stagnantes et courantes. Dans les zones profondes des lacs eutrophes et les cours d'eau très impactés par les activités humaines, c'est souvent la seule famille d'insectes aquatiques qui perdure. De ce fait, la famille des Chironomidae comprend un grand nombre de genres et d'espèces présentant des préférences écologiques diversifiées. De plus, la prédominance et la richesse spécifique des Chironomidae en font une source d'énergie très importante pour les prédateurs (vertébrés et invertébrés) et leur confère un rôle majeur dans le flux d'énergie dans les écosystèmes aquatiques. De ce fait, les Chironomidae pourraient avoir un rôle non négligeable dans la mise en place des conditions de référence pour la bioévaluation des rivières et dans la détection des cours d'eau plus et moins impactés, et pourraient fournir une information sur le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Cependant, les Chironomidae sont généralement délaissés dans l'étude de la structure de la communauté des cours d'eau, principalement à cause des difficultés d'identification des stades larvaires aquatiques des espèces. Les approches basées sur les traits fournis par la littérature sont basées sur la théorie de «l'habitat templet» selon laquelle, l'habitat fournit le cadre environnemental sur lequel les espèces forgent des stratégies à travers leur adaptation dans tous les types d'environnements. Conceptuellement, les conditions environnementales représentent des filtres qui, en éliminant les espèces ayant les combinaisons de traits les moins adaptées, participent à la mise en place des communautés. Comme les traits reflètent la performance des organismes dans des conditions environnementales données, l'objectif principal des analyses basées sur les traits est d'acquérir une compréhension plus mécaniste des relations entre les espèces et leur habitat. Dans les deux dernières décennies, la liaison espèces-trait-environnement a été explorée par de nombreux auteurs dans des études où la composition des traits a été analysée individuellement ou combinées en termes de stratégies. Ainsi, l'utilisation des traits dans les approches d'écologie des communautés (écologie fonctionnelle) s'est développée très rapidement, offrant l'avantage d'une relative indépendance des réponses vis-à-vis de la biogéographie des taxons. En d'autres termes, un trait tel que la respiration branchiale se rencontre dans les milieux aquatiques indépendamment de la région biogéographique alors même que l'identité des taxons change de manière importante entre régions [etc…]


  • Résumé

    Chironomidae (Diptera) have a worldwide distribution, being found over a wide range of habitats. Their larvae thrive in almost every possible freshwater habitat, with representatives also in terrestrial and marine environments, representing a major macroinvertebrate component in terms of abundance and richness. However, Chironomidae are generally neglected in community studies mainly because of difficulties in species larval identification. This compromises also the recognition and use of Chironomidae in trait-based approaches, which promote an indirect measurement of functional integrity in fresh waters. The aim of this thesis was to fill this latter gap by: (1) building a trait database for European Chironomidae at the genus level (Chapter I); (2) evaluating if the developed database at the genus level provides additional information to a commonly used European database developed at the subfamily and tribe level for Chironomidae (Chapter II); (3) testing Chironomidae traits relevance in bioassessment through their ability to discriminate naturally different stream types and segregate least disturbed from disturbed sites (Chapters III and IV); (4) comparing trait information gathered in the new European database (Chapter I) with similar information gathered for North America for the same genus and species, and simultaneously testing for trait variability between continents (Chapter V). In Chapter I the general methodology for the construction of the Chironomidae trait database at the genus level is described. The trait database was developed gathering existing information in literature for 744 species and 178 genera, considering 186 trait categories from 37 traits divided in two major domains: Eltonian - related to organism function and influence over its environments; and Grinnellian - associated to organism requirements and performance in its environments. In Chapter II traits at the genus level (from Chapter I) and the existing ones at the subfamily level (tribe at most; Tachet et al. 2010) are compared. This comparison showed that there are significant differences in trait information gathered at different taxonomic levels, thus questioning the use of the Chironomidae subfamily level in ecological, functional and biomonitoring studies. Subfamilies are very heterogeneous in terms of traits, exposing the evolutionary divergence in each subfamily. The distances between subfamilies given by their traits are also not in agreement with the most accepted phylogenetic subfamily relatedness, indicating a divergence from the traits of a common ancestry. In Chapter III Chironomidae taxonomic composition at the genus level, unlike the subfamily level, allowed the segregation of different stream types: permanent medium elevation, permanent lowland, and south temporary. Different Chironomidae assemblages manifest different trait composition for Eltonian traits (emergence season, maximal body size, overwinter diapause stage, substrate relation), but also morphological traits (body setae, mentum, Lauterborn organs, premandible brush, claws of anterior parapods). Morphological traits seem interesting tools that would avoid the laborious identification of genus that rely on multiple minute structures, enabling the trait assessment through the observation of few Chironomidae structures. In Chapter IV it is tested whether using Chironomidae taxonomic and trait compositions allow the segregation of disturbed sites under multiple anthropogenic stressors (subjected to hydromorphological and physicochemical alterations) from leastdisturbed sites in Mediterranean temporary streams. Traits were analysed individually and also grouped into life-history strategies. Both methods enabled a significant segregation between disturbed and least-disturbed sites. Individual traits that were significantly different between sites were also those that are evolutionarily interrelated and used to define Chironomidae life-history trait strategies [etc]

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