Réponses fonctionnelles des communautés de collemboles aux gradients climatiques.

Functional responses of the collembolan communities to climatic gradients.

• Auteur / Autrice : Jonathan Bonfanti
• Direction : Jérôme Cortet, Paul Henning Krogh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des populations et ecologie
• Date : Soutenance le 12/01/2021
• Etablissement(s) : Montpellier 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 60, Territoires, Temps, Sociétés et Développement (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier) - Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Virginie Baldy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mickaël Hedde, Guénola Peres
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Chauvat, Elena Kazakou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traits fonctionnels

Biodiversité

Changements climatiques

Collemboles

Mots clés libres

Traits fonctionnels

Communautés

Collemboles

Changements climatiques

Variabilité intraspécifique

Diversité fonctionnelle

Functional traits

Communities

Collembola

Climate change

Intraspecific variability

Functional diversity

Résumé

Dans un monde qui change, la biodiversité des sols est menacée. Or le fonctionnement écologique des sols dépend de leur biodiversité. L’étude des traits fonctionnels permet de relier les organismes au fonctionnement de leur écosystème par une approche mécaniste. Cette thèse porte sur l'utilisation actuelle des traits chez les collemboles pour répondre aux questions relatives aux changements climatiques. Elle interroge particulièrement la variabilité des traits dans l'utilisation qui en est faite aujourd'hui à travers les bases de données existantes. Elle questionne aussi l'émergence de nouveaux traits d'intérêt permettant de répondre aux variations climatiques du milieu. Nous avons alors proposé une démarche en trois temps. Premièrement, il s’agit de (i) quantifier la variabilité intraspécifique de la longueur du corps des collemboles, un trait fréquemment utilisé, entre des populations issues d’aires biogéographiques différentes en Europe, et (ii) d’étudier les implications de cette variabilité dans l’évaluation des réponses communautaires. Deuxièmement, nous proposons un nouveau trait d’intérêt susceptible de répondre spécifiquement aux modifications climatiques du milieu : la stratégie d’écomorphose chez les collemboles d’Europe, qui confère à l’animal une niche climatique étendue par le basculement d’une série de traits de leur forme normale à leur forme écomorphique. Nous testons alors son potentiel à répondre à différents gradients climatiques à des échelles alpha, beta et gamma. Troisièmement, les savoirs acquis sur ces deux traits sont confrontés à un cas d’étude : les réponses fonctionnelles des communautés de collemboles à une manipulation climatique expérimentale sur le terrain, avec un suivi à court, moyen et long terme. Les résultats principaux montrent que : (i) la longueur du corps est un trait robuste avec une hiérarchie stable des espèces ; les populations semblent suivre un patron climatique les conduisant à être plus grandes dans le nord de l’Europe que sur le reste du continent ; la prise en compte de cette variabilité intraspécifique au niveau des populations est recommandée, sous peine de mésestimer les réponses moyennes des communautés ; (ii) en montagne, la présence d’écomorphoses dans les communautés est plus importante pour les altitudes élevées que pour les altitudes basses, reflétant des amplitudes thermiques stressantes ; (iii) des modifications climatiques modérées n’ont pas d’effet significatif sur la trajectoire temporelle fonctionnelle des communautés de collemboles. Les résultats de ce dernier cas d’étude ne remettent pas en question nos propositions méthodologiques et ontologiques effectuées précédemment et nous envisageons de poursuivre ces réflexions dans d’autres contextes. Nous discutons enfin des limites spatiales, temporelles, taxonomiques des communautés de collemboles répondant à des gradients climatiques et proposons d’autres pistes de travaux futurs.

In a changing world soil biodiversity is threatened. Yet the ecological functioning of soils depends on its biodiversity. The study of functional traits allows us to establish the mechanistic link between an organism an ecosystem function. This PhD thesis focuses on the current use of traits in Collembola to answer climate change related questions. It particularly addresses the variability of traits in their use in existing databases. It also examines the emergence of new traits of interest allowing an organism to respond to climatic variations of the environment. We then suggest an approach in three steps. Firstly, about (i) quantifying the intraspecific trait variability of the body length of Collembola, a widely used trait, between populations from different biogeographical areas in Europe, and (ii) to study the implications of this variability in the evaluation of the community response. Secondly, we propose a new trait of interest likely to respond specifically to climate change: the ecomorphosis strategy of European species of Collembola, that enable an extended climatic niche to the animal by the switch of a set of traits from their normal form to their ecomorphic form. We thus test its potential to respond to different climatic gradients at the alpha, beta and gamma scales. Thirdly, the acquired knowledge on the body size and the ecomorphic traits are applied in a case study: functional responses of collembolan communities to an experimental climatic manipulation on the field, with a short, mid and long-term monitoring. Our main PhD thesis results show that: (i) body length is a robust trait with a stable species hierarchy; populations tend to follow a climatic pattern that make them bigger in Northern Europe compared to the rest of the continent; it is recommended to take this intraspecific variability between populations into account, otherwise the mean responses of communities could be miscalculated; (ii) in the mountains, the presence of ecomorphosis is higher in communities located at higher altitude than those at lower altitude, reflecting the temperature stress at higher thermic amplitudes; (iii) moderate climatic modifications do not have any significant effect on the temporal functional trajectory of collembolan communities. The results of this last case study do not necessarily force us to re-evaluate our previous methodological and ontological propositions but we consider pursuing these considerations in other contexts. Finally, we discuss the spatial, temporal and taxonomic limits of collembolan communities responding to climatic gradients and suggest new directions for future works.