Variabilité de la niche écologique chez des poissons prédateurs lacustres

Variability of the ecological niche of predatory fishes in lake ecosystems

• Auteur / Autrice : Samuel Westrelin
• Direction : Frédéric Santoul, Martin Daufresne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie, biodiversité et évolution
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Evolution et Diversité Biologique (Toulouse ; 2003-2023)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Capra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Loot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Desvilettes, Bernardo R. Quintella

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biodiversité aquatique

Écologie des lacs

Poissons prédateurs

Mots clés libres

Niche écologique

Poisson prédateur

Lac

Habitat

Niche trophique

Ecological niche

Predator fish

Lake

Habitat

Trophic niche

Résumé

Les écosystèmes d'eau douce et les lacs en particulier contribuent de façon importante à la biodiversité. Au sommet des réseaux trophiques, les prédateurs favorisent cette biodiversité et ont un rôle stabilisateur. Ils impactent directement et indirectement de nombreuses fonctions des écosystèmes et, par là même, de nombreux services écosystémiques. Maintenir la diversité des prédateurs est donc capital, et comprendre les mécanismes de leur coexistence une question clé en écologie. La théorie des niches a identifié plusieurs mécanismes de coexistence. La niche est définie comme l'ensemble des conditions biotiques et abiotiques qui permettent l'existence d'une espèce. En ciblant la niche d'habitat et la niche trophique, deux composantes majeures de la niche écologique, nous avons cherché à montrer comment, dans la nature, les communautés de prédateurs se maintiennent en lacs. Les ectothermes étant particulièrement sensibles aux conditions abiotiques, nous visions également à évaluer comment les conditions environnementales affectent leur niche d'habitat. Des individus de brochet Esox lucius L., perche européenne Perca fluviatilis L., sandre Sander lucioperca (L.) et silure Silurus glanis L. ont été suivis et/ou échantillonnés dans un réservoir stratifié et un lac naturel peu profond. Nous avons estimé leur niche d'habitat en couplant leur positionnement par télémétrie acoustique à une cartographie de l'habitat. Leur niche trophique a été estimée par l'analyse des isotopes stables du carbone et de l'azote de tissus de nageoires. Nos résultats mettent en évidence un partitionnement de l'habitat et de la niche trophique entre ces espèces, probablement comme moyen de limiter la compétition interspécifique, en accord avec la théorie. Cependant, les variations entre individus d'une même espèce sont souvent très importantes. Concernant la niche trophique, une plus forte abondance d'une espèce est en général corrélée à une plus forte variation intraspécifique, ce qui constituerait un autre mécanisme stabilisateur limitant la compétition intraspécifique. Le silure, quant à lui, ne semble pas élargir sa niche trophique lorsqu'il est plus abondant ; cela illustre son caractère généraliste au niveau individuel et pourrait en partie expliquer le succès de sa colonisation de nombreux écosystèmes. Les fluctuations environnementales témoignent d'un rôle moteur sur la niche de ces ectothermes, avec des impacts différents selon leur échelle temporelle et leur amplitude. Les changements saisonniers mettent en jeu un nombre limité de niches temporelles (saison froide/chaude) et modulent graduellement la niche d'habitat des espèces ; ils aboutissent à un moindre degré de partitionnement en saison de plus faible activité (automne, hiver). Dans certaines conditions, les changements de niche d'habitat peuvent être extrêmes comme les agrégations hivernales de silures. Une sévère hypoxie de relativement courte durée a déclenché le regroupement de silures dans une zone refuge, probablement sans autre impact significatif sur l'espèce. Par contre, cet évènement a probablement contribué à l'effondrement du stock de sandres juvéniles et, ainsi, considérablement modifié les interactions intra- et interspécifiques du guilde piscivore, comme montré sur la niche trophique. Ces recherches donnent des clés aux gestionnaires de plans d'eau pour identifier les habitats ou ressources critiques à préserver, typiquement dans le cadre de la conservation d'espèces. Elles renseignent également sur l'intensité de la compétition interspécifique et peuvent éclairer sur le besoin ou non de réguler une espèce, ce qui peut être particulièrement utile lorsqu'une espèce exotique invasive pose question. Ainsi, ce type de recherche peut éclairer les plans de gestion à mettre en œuvre dans le contexte du changement climatique.

Freshwater ecosystems, and lakes in particular, significantly contribute to biodiversity. At the top of the food web, predatory species promote biodiversity and stabilize ecosystems. They have direct and indirect cascading effects on numerous ecosystem functions as well as numerous services that these ecosystems provide to humans. Maintaining the diversity of these species is thus of utmost importance, and understanding the mechanisms of their coexistence is a crucial question in ecology. Based on niche theory, there are several identified mechanisms of species’ coexistence. Niche is defined as the range of environmental states, biotic and abiotic, specific to a species, which facilitate its existence. By focusing on habitat and trophic niches, two main components of the ecological niche, we aimed to highlight how wild predator communities are maintained in lacustrin ecosystems. Ectotherms being particularly sensitive to abiotic conditions, we also aimed to analyze how environmental conditions could affect their habitat niche. Individuals of pike Esox lucius L., perch Perca fluviatilis L., pikeperch Sander lucioperca (L.) and catfish Silurus glanis L. were tracked and/or sampled in a stratified reservoir and in a shallow natural lake. Their habitat niche was evaluated by coupling high resolution positioning acoustic telemetry with habitat mapping. The trophic niche was estimated by analyzing carbon and nitrogen stable isotope ratios of fin clips. Our results provide evidence of habitat and trophic niche partitioning among these predatory species, probably as a way to limit interspecific competition and thus stabilize species coexistence, in accordance with ecological theory. Yet, in both these niche components, the variation among individuals is often very large. For the trophic niche, a greater abundance of species generally correlates to greater intraspecific variation, and is interpreted as another stabilizing mechanism that buffers intraspecific competition. However in catfish this does not appear to occur; its trophic niche does not widen when it is more abundant. This likely reflects its generalist behavior at the individual level and could partly explain its successful colonization of numerous ecosystems. Environmental fluctuations drive these ectotherms’ niche, with different impacts depending on their timescale and their range. Seasonal environmental changes involve a limited number of temporal niches (cold/warm seasons) and gradually modulate species’ habitat niche, leading to a lesser degree of partitioning in low activity seasons (autumn, winter). In some specific environmental conditions, habitat niche shifts can be extreme like for long-lasting aggregations of catfish in winter conditions. A severe short-term hypoxic event triggered the grouping of catfish in a refuge area, probably without significant impact on this species. However, this event probably made the juvenile pikeperch abundance collapse, consequently affecting the juvenile piscivorous guild and intra- and interspecific trophic interactions, as shown for the trophic niche. This research provides valuable insights for lake managers to identify potential critical habitats or resources to preserve for species conservation. It also gives useful information on the strength of competitive interactions among species and their sensitivity to environmental conditions. These results shed light on important questions like whether species need to be regulated. This is particularly important when lakes host invasive exotic species that raise concern. As such, this work provides insights for managing lake ecosystems in the context of climate change.