Synthèse globale des invasions de poissons d'eau douce, et identification des facteurs influençant leur succès

par Camille Bernery

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Franck Courchamp, Céline Bellard et de Boris Leroy.

Soutenue le 15-12-2022

à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème , en partenariat avec Écologie, systématique et évolution (Orsay, Essonne ; 2002-....) (laboratoire) , Faculté des sciences d'Orsay (référent) et de Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....) (graduate school) .

Le président du jury était Sandrine Pavoine.

Le jury était composé de Jean-Nicolas Beisel, Ana Rodrigues, Guillaume Latombe, Lise Comte.

Les rapporteurs étaient Jean-Nicolas Beisel, Ana Rodrigues.

mots clés

• Invasions biologiques
• Macro-Écologie
• Biologie de la conservation
• Invasions biologiques
• Macroécologie
• Conservation des ressources (biologie)
• Écologie d'eau douce

Résumé

Les invasions biologiques sont l'une des principales causes de perte de diversité dans les écosystèmes d'eau douce. Parmi les espèces envahissantes en eau douce, les poissons sont parmi les taxons les plus introduits et sont à l'origine de nombreux impacts écologiques et socio-économiques. Dans ce cadre, cette thèse a deux objectifs principaux : 1. Fournir une synthèse globale des connaissances actuelles sur les invasions biologiques de poissons d'eau douce et 2. Étudier les facteurs expliquant le succès de ces invasions, en s'appuyant sur le travail de synthèse fait en amont. Pour répondre au premier objectif, nous avons synthétisé les principaux aspects des invasions de poissons d'eau douce, depuis leurs voies d'introduction, jusqu'aux méthodes de gestion mises en place, en passant par les facteurs expliquant la réussite de l'invasion et leurs impacts. Nous avons également mis en avant les biais de recherche actuels et ceux des bases de données disponibles et le manque de compréhension de plusieurs aspects de ces invasions. En particulier, nous avons souligné l'absence d'évaluation globale des coûts économiques des poissons, malgré des coûts connus pourtant importants de certaines espèces. Ainsi, grâce à la base InvaCost, nous avons synthétisé les coûts économiques connus des poissons envahissants : une perte économique d'au moins 37,08 milliards de dollars (valeur 2017) à l'échelle mondiale depuis 1960, pour seulement 27 espèces répertoriées. Plusieurs facteurs, régissent le succès des invasions de poissons d'eau douce. Toutefois, malgré leur importance, aucune étude n'a encore déterminé ces facteurs à l'échelle globale, ni pris en compte les différents types de facteurs existant aux différentes étapes de l'invasion. Ainsi, pour répondre au deuxième objectif de la thèse, nous avons identifié les caractéristiques des poissons exotiques à chaque étape de l'invasion et à l'échelle mondiale, en analysant 20 caractéristiques spécifiques, écologiques et socio-économiques de 307 espèces de poissons d'eau douce. Plus précisément, grâce à des modèles linéaires généralisés, nous avons analysé le nombre de pays dans lesquels chaque espèce a été introduite, s'est établie et a eu des impacts écologiques, comme un indicateur du succès de chaque étape d'invasion. Nous avons déterminé que les facteurs favorisant les invasions diffèrent selon l'étape d'invasion. Par exemple, les poissons ayant un régime alimentaire varié, prodiguant des soins parentaux et étant introduits par de multiples voies sont les plus largement introduits et établis dans le monde. L'impact, quant à lui, s'explique mieux par le type de voie d'introduction. Au sein même de l'étape d'établissement, nous avons aussi démontré que différents profils d'espèces peuvent se démarquer suivant un gradient d'établissement décrit par le nombre de bassins versants et le lieu d'établissement. Pour ce faire, nous avons compilé et analysé 13 traits morphologiques, écologiques et comportementaux de 222 espèces de poissons exotiques d'eau douce. Nous avons constaté que les poissons ayant de faibles capacités d'établissement étaient regroupés dans l'espace fonctionnel, ne se chevauchant pas avec d'autres groupes. Les poissons super-établis (établis dans de nombreux bassins versant et en dehors de leurs biorégions) englobaient un éventail plus large de stratégies fonctionnelles, avec des espèces ayant différents régimes alimentaires et un niveau élevé de soins parentaux. L'ensemble des résultats de cette thèse constitue une vision synthétique des invasions de poissons d'eau douce, ce qui permettra de guider plus efficacement à la fois les futures études et les approches de gestion, notamment proactives. Cette thèse met aussi en avant l'importance de considérer simultanément un large panel de facteurs et de voies d'introduction, et d'explorer les variations au sein des étapes de l'invasion, par une approche macro-écologique quantitative.

mots clés

• Biological invasions
• Macro-Ecology
• Conservation biology

Titre traduit

Global synthesis of freshwater fish invasions, and identification of factors influencing their success

Résumé

Biological invasions one of the main causes of diversity loss in freshwater ecosystems. Among the invasive freshwater species, fishes are among the most introduced taxa and are the cause of numerous ecological and socio-economic impacts. In this context, this thesis has two main objectives: 1. to provide a global synthesis of the main aspects of biological invasions of freshwater fishes and 2. to study the factors explaining the occurrence of biological invasions of fishes, based on the above synthesis. To answer the first objective, we synthesized the main aspects of freshwater fish invasions: the introduction pathways, the characteristics of the exotic species and the invaded ecosystems, their impacts and the management methods implemented. We have also highlighted current research biases including those of available databases and the fundamental lack of understanding of several aspects of these freshwater fish invasions. In particular, we have highlighted the lack of a comprehensive assessment of the economic costs of freshwater fishes, despite the known significant costs of some species. Thus, thanks to the InvaCost database, we have synthesized the economic costs known in the literature of invasive fish: an economic loss of at least USD 37.08 billion (2017 value) globally since 1960, for only 27 species listed. Several factors, highlighted in the global literature review, govern the success of freshwater fish invasions. However, despite their importance, no study has yet determined these factors on a global scale, nor taken into account the different types of factors existing, or the different steps of the invasion. Thus, to address the second objective of the thesis, we identified the characteristics of invasive freshwater fishes at each stage of the invasion process, and at the global scale, by analyzing 20 specific, ecological, and socioeconomic characteristics of 307 freshwater fish species. Specifically, using generalized linear models, we analyzed the number of countries in which each species was introduced, became established and had ecological impacts, as an indicator of the success of each invasion steps. In this way, we determined that the factors driving invasions differed by invasion steps. For example, exotic freshwater fishes with diverse diets, parental care, and multiple pathways were the most widely introduced and established in the world. Impact, in turn, was best explained by the type of introduction pathway. Within the establishment step, we also demonstrated that different species profiles can be distinguished along an establishment gradient described by the number of drainage basins and the location of establishment of these species. To do so, we compiled and analyzed 13 morphological, ecological and behavioral traits of 222 species of exotic freshwater fishes. We found that fishes with low establishment abilities were clustered in the functional space, with little functional overlap with other groups. Super-established fish (i.e., established in more than 4 drainage basins and outside their bioregions) encompassed a broader range of functional strategies, with species having different diets and a high level of parental care. Taken together, the results of this thesis provide a synthetic view of freshwater fish invasions, which will more effectively guide both future studies and management approaches, including proactive management, of these invasions of freshwater ecosystems. This thesis also highlights the importance of simultaneously considering a wide range of different factors, pathways of introduction, and exploring variation within successive stages of invasion through a quantitative macro-ecological approach.