Effets des changements globaux sur la dynamique temporelle de la biodiversité, des espèces aux communautés : exemple des plantes et des pollinisateurs en Europe

Global change effects on the temporal dynamics of biodiversity, from species to communities : the example of plants and pollinators in Europe

• Auteur / Autrice : François Duchenne
• Direction : Elisa Thébault, Colin Fontaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie / Écologie
• Date : Soutenance le 25/11/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des sciences de la conservation (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Luc Abbadie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ophélie Ronce
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ignasi Bartomeus, Franck Jabot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phénologie

Effets du climat

Effets de l'environnement

Insectes pollinisateurs

Pollinisation par les insectes

Assemblage des communautés (écologie)

Changement global de l'environnement

Mots clés libres

Changements globaux

Écologie des communautés

Macro-écologie

Phénologie

Dette climatique

Théorie

Global change

Biodiversity

Phenology

Résumé

Dans notre monde en mutation, la compréhension du coût des changements environnementaux pour les espèces et les communautés est l'un des principaux défis de l'écologie. Cependant, comme les séries temporelles de données historiques sur la biodiversité sont rares et souvent biaisées à bien des égards lorsqu'elles existent, remonter le temps pour savoir comment les assemblages d'espèces et leurs fonctions connexes ont été affectés par les changements globaux au cours des dernières décennies reste un défi. Nous nous sommes concentrés ici sur la manière dont les assemblages d'espèces ont été affectés par les changements globaux, en utilisant la pollinisation comme modèle d'étude et en fusionnant l'analyse des ensembles de données empiriques et les approches théoriques. Tout d'abord, nous avons caractérisé les réponses de nombreuses espèces aux changements globaux au fil du temps : des changements dans l'aire de répartition géographique et la phénologie ainsi que des changements dans l'occupation, un indicateur de l'abondance et de la persistance des espèces. En étudiant la dynamique temporelle de la réponse des espèces et des facteurs de changement global au lieu d'utiliser la substitution espace-temps, nous avons pu évaluer les contributions relatives de plusieurs facteurs de changement global dans ces réponses des espèces. Nous avons souligné que l'intensification de l'agriculture et l'urbanisation étaient les principaux facteurs de changement dans l'occupation des abeilles et des plantes. Nos résultats suggèrent également que le réchauffement climatique est une nouvelle menace pour la biodiversité, qui est désormais à égalité avec l'intensification agricole et l'urbanisation. En outre, nous avons constaté que des déplacements géographiques insuffisants ont conduit à un découplage entre les conditions climatiques historiques des espèces et leur aire de répartition géographique, ce qui est coûteux pour les plantes d'Europe du Nord, fournissant ainsi des preuves originales de la prise en charge de la dette climatique. Nous avons également montré que les changements d'occupation et les changements phénologiques affectent conjointement la structure saisonnière des communautés de pollinisateurs, ce qui conduit à une saison de pollinisation plus précoce et plus courte, avec une abondance plus faible de pollinisateurs, par rapport aux communautés historiques. Nous avons ensuite étudié comment la modification de cette structure saisonnière pourrait affecter les réseaux d'interaction plante-pollinisateur en utilisant des modèles dynamiques. Cette approche théorique nous a permis de mettre en évidence l'impact positif de la structure saisonnière sur le maintien de la diversité dans les réseaux de pollinisation, en équilibrant la concurrence et la facilitation. Nous avons également mis en évidence les mécanismes qui favorisent la stabilité des réseaux face aux changements phénologiques. Nos travaux fournissent un ensemble d'approches pour tenter de démêler les relations complexes entre les moteurs des changements globaux et les changements de la biodiversité, des espèces aux communautés.

In our changing world, understanding the cost of environmental changes for species and communities is one of the major challenges of ecology. However, as time series of historical data on biodiversity are rare and often biased in many ways when they exist, turning back the clock to know how species assemblages and their related functions have been affected by global change over the last decades remain a challenge. Here we focused on how species assemblages have been affected by global change, using pollination as a study model and merging analysis of empirical datasets and theoretical approaches. First, we characterized the responses of numerous species to global changes over time: shifts in geographic range and phenology as well as shifts in occupancy, a proxy of species abundance and persistence. By studying temporal dynamics of species response and global change drivers instead of using space-for-time substitution, we were able to assess relative contributions of several global change drivers in those species responses. We highlighted that agricultural intensification and urbanization were the most important drivers of changes in bee and plant occupancies. Our results also suggest that climate warming is a new threat for biodiversity, which is now on par with agricultural intensification and urbanization. In addition, we found that insufficient geographic range shifts led to a decoupling between species historical climatic conditions and their geographic range, which is costly for northern European plants, providing original evidences of the climatic debt assumption. We also showed that changes in occupancy and phenological shifts jointly affect the seasonal structure of pollinator communities, leading to an earlier and shorter pollination season, with lower abundance of pollinators, compared to historical communities. We then investigated how modification of this seasonal structure could affect plant-pollinator interaction networks by using dynamic models. This theoretical approach allowed us to highlight the positive impact of the seasonal structure on diversity maintenance in pollination networks, by balancing competition and facilitation. We also highlighted mechanisms that promote network stability to phenological shifts. Our work provides a set of approaches to try to untangle the complex relations between global change drivers and changes in biodiversity, from species to communities.