Anthropisation et biodiversité : impacts humains et réponses anthropiques au déclin de biodiversité des vertébrés des cours d'eau de Guyane

Anthropisation and biodiversity : human disturbances and anthropic responses to the decline of vertebrate’sbiodiversity in Guyanese rivers

• Auteur / Autrice : Opale Coutant
• Direction : Sébastien Brosse, Jérôme Murienne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie, biodiversité et évolution
• Date : Soutenance le 16/02/2023
• 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 : Thierry Oberdorff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Brosse, Jérôme Murienne, Thierry Oberdorff, Gentile-Francesco Ficetola, James S. Albert, Nicolas Mouquet, Maria-Teresa Ferreira
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gentile-Francesco Ficetola, James S. Albert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nature -- Effets de l'homme

Biodiversité aquatique

Cours d'eau -- Guyane

Mots clés libres

Ecologie des communautés

Ecologie tropicale

Pressions anthropiques

Modèle de distribution de la biodiversité

ADN environnemental

Ecosystèmes d'eau douce

Community ecology

Tropical ecology

Antrhopogenic pressures

Species distribution modelling

Environmental DNA

Freshwater ecosystems

Résumé

Cette thèse fournit un travail d'évaluation des impacts des activités anthropiques, principalement l'exploitation aurifère et la déforestation, sur les poissons et les mammifères inféodés aux écosystèmes d'eau douce en Guyane Française. Elle explore également les répercussions d'une biodiversité modifiée sur les populations autochtones. Pour répondre à ces questions, des inventaires de biodiversité sont réalisés à l'aide de l'ADN environnemental (eDNA) couplé au metabarcoding, une méthode d'inventaire performante, également optimisée pendant la thèse. Dans un premier chapitre, j'ai étudié la robustesse de notre méthode d'inventaire utilisant l'ADNe en comparant la richesse et la composition des communautés de poissons de 12 ruisseaux et trois rivières, échantillonnés avec un ancien protocole et une version optimisée de l'ancien protocole. Tester la robustesse de données écologiques aux variations de protocole est crucial pour continuer de valoriser des données anciennes, des données temporelles, ou des données collectées dans des endroits difficiles d'accès. Ici, je démontre que nos données écologiques sont peu influencées par les différences entre les protocoles, soulignant ainsi la robustesse de notre méthode. Dans la deuxième partie de ce chapitre, J'ai testé une nouvelle application de la méthode d'échantillonnage. En effet, l'ADNe collecté dans l'eau est principalement utilisé pour étudier les espèces aquatiques, mais l'eau concentre l'ADNe du paysage environnant et reçoit également l'ADNe d'espèces non aquatiques. Nous avons utilisé l'ADNe aquatique pour inventorier les mammifères semi-aquatiques et terrestres le long de trois rivières. Pour estimer la fiabilité de la méthode, nous avons comparant les inventaires basés sur l'ADNe aquatique et sur les transects, classiquement utilisés pour le suivi des mammifères en Guyane française. Ici, je démontre que l'ADNe aquatique fournit des informations pertinentes sur la distribution des mammifères, complémentaires à celles obtenues avec la méthode des transects. Dans un deuxième chapitre, j'ai évalué les relations entre la biodiversité des vertébrés (poissons et mammifères) et l'intensité des perturbations dans deux fleuves guyanais. Compte tenu de la connectivité hydrologique des réseaux fluviaux, la faune aquatique peut être affectée par des perturbations lointaines via le transfert de perturbations comme des polluants, de l'amont vers l'aval. Nous démontrons que les déclins observés de poissons et mammifères s'expliquent mieux par l'intégration des surfaces déboisées sur une superficie de 30km en amont des sites que les surfaces déboisées au voisinage des sites, illustrant ainsi la propagation des perturbations anthropiques le long des cours d'eau. Dans la deuxième partie de ce chapitre, je m'intéresse à une évaluation régionale de la biodiversité en quantifiant la contribution relative des facteurs géographiques, environnementaux et anthropiques à la distribution de la diversité taxonomique et fonctionnelle de la faune piscicole. Alors que l'isolement des bassins versants explique principalement la distribution taxonomique des poissons entre et au sein des bassins, je démontre que le filtrage environnemental et les activités anthropiques expliquent principalement la distribution fonctionnelle des poissons. Le dernier chapitre de la thèse est exploratoire. Nous avons utilisé une approche multidisciplinaire comparant des évaluations sociologiques et écologiques de la biodiversité, pour comprendre comment les populations autochtones sont affectées par les modifications de la biodiversité et comment elles s'adaptent à l'épuisement des ressources. Ici, je démontre que les perceptions de changements de biodiversité sont influencées par la présence d'activité aurifère, par la chasse et à la pêche de subsistance et par des facteurs environnementaux impliqués dans la structuration de la biodiversité des cours d'eau.

This PhD provides a comprehensive knowledge on the impacts of anthropogenic disturbances on freshwater and mammal biodiversity, but also the impacts of a modified biodiversity on human populations in French Guiana. To answer this question, biodiversity inventories are realised using eDNA metabarcoding, an innovative method to assess biodiversity. The PhD is divided into three chapters: The first chapter is articulated in two parts. In the first part, I investigated the robustness of our eDNA metabarcoding approach by comparing fish community richness and composition of several streams and rivers, sampled with two distinct protocols. Testing the robustness of datasets to protocol variations is crucial to valorize old data, time series, or data collected in difficult to access locations. Here, I show that ecological results are poorly influenced by the differences between protocols, therefore underlining the robustness of our method. In the second part of this chapter, I tested a new application of the sampling methods. We used eDNA collected from running water to inventory non-aquatic mammals along three rivers of the Amazonian biome. To estimate the reliability of this application, I used a comparative analysis between aquatic eDNA metabarcoding and standardized visual faunistic inventories classically used for mammal monitoring in French Guiana. Here, I demonstrate that aquatic eDNA metabarcoding provide relevant information on mammal distribution, complementary to that obtained with traditional method. The second chapter gathers two studies centred around the assessment of anthropogenic impacts on fish and mammal communities. In the first study, I measured the spatial extent and the strength of anthropisation on biodiversity by analysing the relationships between the diversity of local fauna and disturbance intensity measured at multiple scales. Indeed, given the hydrologic connectivity of river networks, the fauna inhabiting river catchments may be affected by remote disturbances via the water-mediated downstream transfer of matter, energy, and chemicals. We show that low levels of anthropisation are responsible for drastic declines of fish and mammals species. In addition, we demonstrate that these declines are better explained by the integration of deforested surfaces over an area of 30 km upstream the sites than the deforested surfaces in the vicinity of the sampling sites, therefore illustrating the spread of anthropogenic disturbances along the river. In the second part of this chapter, I shifted to a regional investigation of biodiversity by quantifying the relative contribution of geographical, environmental and anthropic factors to the spatial distribution of freshwater fish. While the basin isolation mainly explained the taxonomic fish distribution between basins, I show that fish are also structured by limited dispersal capacities within basins. Contrastingly, I demonstrated that environmental sorting and anthropogenic activities mainly explain the functional distribution. Importantly, modifications of functional assemblages generated by human activities are directed towards fish species that possess unique functional attributes in the assemblages. The last chapter of the PhD is exploratory. We used a multidisciplinary approach combining sociological and ecological sciences to understand how human population are affected by the modification of biodiversity. To answers this question, we sampled sites along a river facing different level of anthropogenic pressures. In parallel, at the same sites, we realised social surveys of biodiversity perception with local Amerindians from the Wayãpi and Teko ethnic groups. Here we demonstrated that despite possessing accurate knowledge of biodiversity distributions, the biodiversity perceptions of Amerindian populations is influenced by the presence of gold mining activities, by subsistence hunting and fishing, and by environmental factors.