Comprendre et prédire l'expansion géographique des espèces végétales invasives dans les Alpes

Understand and predict the greographical spread of alpine invasive plant species

• Auteur / Autrice : Laure Gallien
• Direction : Wilfried Thuiller, Sébastien Lavergne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité écologie environnement
• Date : Soutenance le 25/06/2013
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'écologie alpine (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : John Thompson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jake Alexander
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stefan Dullinger, Jonathan Levine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alpes (France)

Espèces végétales

Mots clés libres

Adaptation

Habitat suitability model

Invasion biologique

Parenté phylogénétique

Adaptation

Habitat suitability model

Biological invasion

Phylogenetique relatednes

Résumé

Les invasions biologiques, deuxième menace majeure de la biodiversité, pose d'important défis pour la conservation de la biodiversité, et la recherche en éco-évolution. Les espèces invasives ont en effet été étudiées depuis plus de 150 ans, mais nos capacités à prédire leurs présences aujourd'hui et dans le futur reste rudimentaire. Ce problème est principalement dû à la difficulté d'estimer à la fois les composantes biotiques et abiotiques de la niche des espèces invasives, ainsi que leur évolution dans le temps et l'espace. L'objectif de ma thèse a été de travailler sur ces défis en améliorant les méthodes d'estimation de niche, en enrichissant notre compréhension du rôle des interactions biotiques dans le processus d'invasion, et en étudiant en détail comment les processus évolutifs peuvent affecter la dynamique spatio-temporelle des niches. Plus précisément, (1) à l'aide d'une revue de la littérature, j'ai commencé par décrire les limites des différentes approches de modélisation utilisées pour prédire la distribution des espèces invasives. (2) Ensuite, j'ai proposé un cadre de modélisation permettant d'améliorer l'estimation des niches abiotiques régionales. (3) Puis, je me suis intéressée à la caractérisation des interactions biotiques, et aux méthodes communément utilisées pour identifier les patrons de compétition symétrique en écologie des communautés. J'ai également implémenté un modèle de simulation d'assemblage de communautés pour tester la performance de ces méthodes. (4) Ces premières études m'ont permis d'étudier à la fois les composantes biotiques et abiotiques des communautés de plantes envahies dans les Alpes. (5) Finalement, j'ai étudié l'évolution de la niche environnementale chez une espèce invasive des Alpes françaises Ambrosia artemisiifolia L, à travers une approche reliant niche-trait-génétique. Dans l'ensemble, les résultats de ces études montrent à quel point les différentes facettes de l'écologie et l'évolution en invasion sont fortement intriquées. De plus, ils soulignent la nécessité d'une modélisation intégrant les processus écologiques et évolutifs pour pouvoir comprendre la dynamique des invasions et proposer des outils de protection de la biodiversité efficaces.

Biological invasions, the second major threat to biodiversity, pose significant challenges to conservation management and eco-evolutionary research. Even though invasion processes have been studied for more than 150 years, our capacity to predict their presence today and in the future is still rudimentary. This deficiency stems mainly from the difficulty involved in reliably assessing the ecological niche of an invader, i.e. those environmental and biotic conditions that allow the species to maintain viable populations. In particular, disentangling the abiotic and biotic components of the ecological niche and accounting for their changing over space and time due to evolutionary dynamics is difficult, albeit crucial for the quality of predictions. The main objective of my PhD has been to address these challenges by improving methodological approaches of niche estimation, advancing our understanding of the role of biotic interactions for invasion processes and studying in greater detail how evolution may affect spatio-temporal niche dynamics. More precisely, (1) with a comprehensive literature review, I started by describing the limits of the different modelling approaches usually applied to predict invasive species distributions. (2) Then, I provided a modelling framework for improving regional environmental niche estimations. (3) Thirdly, I focused on the identification of biotic interactions, and the methods commonly used to identify patterns of symmetric competition in ecological communities. I also implemented a simulation model of community assembly to test the efficiency of these methods. (4) In a fourth part, I studied invaded alpine plant communities and showed that characteristics of the biotic environment in these communities (e.g. symmetric vs. asymmetric competition) were good predictors of invaders' presence. (5) Finally, I provided a first example of a genetic-based, climatic niche expansion of the invasive weed Ambrosia artemisiifolia L. in the French Alps by combining information on its environmental niche, genetic structure and functional traits. Taken together, the results of these studies highlight how tightly the different facets of invasion ecology and evolution are interrelated and open the way to an integrated modelling approach that would advance both eco-evolutionary research on invasion dynamics and applied tools for biodiversity protection.