Réponse des communautés végétales aquatiques des Iles Kerguelen (Subantarctique) au réchauffement climatique.

Response of aquatic plant communities of the Iles Kerguelen (sub-Antarctic) to climate change.

• Auteur / Autrice : Pauline Douce
• Direction : Anne-Kristel Bittebiere
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Écologie, des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés
• Jury : Président / Présidente : Agnès Richaume-Jolion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Kristel Bittebiere, Jean-Christophe Clément, François Julien Munoz, Nicolas Gross, Irène Till-Bottraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Clément, François Julien Munoz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kerguelen, Îles (Terres australes et antarctiques françaises)

Changements climatiques

Approche écosystémique

Effets du climat

Plantes aquatiques

Mots clés libres

Variabilité intraspécifique des traits

Patrons spatiaux

Mésocosme

Dynamiques éco-évolutives

Mécanismes d'assemblages des communautés

Systèmes aquatiques

Macrophytes

Iles Kerguelen

Intraspecific trait variability

Spatial patterns

Mesocosm

Eco-evolutionary dynamics

Community assembly mechanisms

Aquatic systems

Macrophytes

Iles Kerguelen

Résumé

Les effets de l’augmentation de la température s’avèrent particulièrement marqués chez les plantes aquatiques, qui constituent une ressource et un habitat pour une grande diversité d’organismes. Pourtant, la dynamique des communautés de plantes aquatiques (macrophytes) en contexte de changement climatique reste peu étudiée. Dans la littérature, les réponses fonctionnelles des espèces végétales au stress thermique et aux interactions plantes-plantes sont généralement étudiées séparément alors qu’elles y sont soumises simultanément dans leur habitat. Ces variations de composition fonctionnelle des communautés pourraient impacter les mécanismes de coexistence entre les espèces végétales ainsi que la productivité et les cycles biogéochimiques à l’échelle de l’écosystème, avec des rétroactions possibles sur l’évolution phénotypique des espèces. Dans ce contexte, cette thèse vise à évaluer comment l’augmentation des températures modifie la dynamique des communautés de macrophytes et en conséquence, le fonctionnement de l’écosystème aquatique, en prenant en compte le rôle de la variabilité intraspécifique des traits de réponse et d’effet des espèces. Les questions de recherche de cette thèse ont été traitées à travers des approches in situ et en conditions contrôlées, sur le modèle des mares d’eau douce du littoral des Iles Kerguelen dans la région Subantarctique. Nos résultats montrent qu’il existe une hétérogénéité d’habitat entre les mares en lien avec les variations de température et de disponibilité en nutriments. Ces paramètres d’habitats sont les plus structurants pour les communautés de macrophytes, et déterminent leurs performances au travers de leurs effets directs, ou via la modulation des interactions plantes-plantes et des paramètres biotiques tels que les patrons spatiaux. A l’échelle spécifique, nous avons montré un effet interactif de la température et des interactions plantes-plantes sur les traits fonctionnels chez l’une des espèces étudiées. Par ailleurs, les modifications de phénotype des individus, particulièrement au niveau foliaire, impactent le processus écosystémique de décomposition de la litière. Par rétroaction, ces modifications écosystémiques affectent le phénotype des individus, mettant en évidence l’existence d’une boucle éco-évolutive reposant sur les espèces végétales au sein de l’écosystème aquatique. Pour conclure, les changements climatiques en cours dans la région Subantarctique impactent la biologie des mares, et ce sur plusieurs niveaux d’intégration écologique, questionnant ainsi le devenir de ces systèmes aquatiques d’eau douce, particulièrement adaptés à des conditions de températures froides.

The effects of increasing temperatures are especially severe in aquatic plants, which are a resource and a habitat for a large variety of organisms. However, the dynamics of aquatic plant (macrophytes) communities in the context of climate change remain poorly studied. In the literature, the functional responses of plant species to thermal stress and plant-plant interactions are generally studied separately, while these species are subjected to them simultaneously in their habitat. These variations in the functional composition of communities could impact the coexistence mechanisms between plant species, as well as productivity and biogeochemical cycles at the ecosystem scale, with possible feedbacks on the phenotypic evolution of species. In this context, this thesis aims to assess how increasing temperatures modify macrophyte community dynamics and consequently aquatic ecosystem functioning, taking the role of intraspecific variability in species response and effect traits into account. The research questions of this thesis were addressed through in situ and controlled condition approaches, on the model of freshwater ponds of the Iles Kerguelen, located along the coast, in the sub-Antarctic region. Our results show that there is habitat heterogeneity between ponds in relationship with variations in temperature and nutrient availability. These habitat parameters are the most structuring for macrophyte communities, and determine their performance through their direct effects, or through the modulation of plant-plant interactions and biotic parameters such as spatial patterns. At the species scale, we showed an interactive effect of temperature and plant-plant interactions on functional traits in one of the studied species. Furthermore, changes in the phenotype of individuals, particularly at the foliar level, impact the ecosystem process of litter decomposition. By feedback, these ecosystem modifications affect the phenotype of the individuals, highlighting the existence of an eco-evolutionary loop based on plant species within the aquatic ecosystem. As a conclusion, the current climate changes in the sub-Antarctic region are impacting the biology of ponds at several levels of ecological integration, thus questioning the future of these freshwater aquatic systems, which are particularly adapted to cold temperature conditions.