Importance de la diversité fonctionnelle des poissons et de sa variabilité temporelle pour le fonctionnement des écosystèmes marins côtiers

Importance of fish functional diversity and its temporal variability for functioning of coastal marine ecosystems

• Auteur / Autrice : Camille Magneville
• Direction : Sébastien Villeger, Thomas Claverie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie Fonctionnelle et Écophysiologie
• Date : Soutenance le 20/06/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Mixte de Recherche CNRS-IFREMER-IRD-UM 9190 MARBEC Marine Biodiversity, Exploitation and Conservation Université de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Cyrille Violle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laetitia Buisson, Valériano Parravicini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Lenfant, Maud Mouchet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Poissons -- Alimentation

Invasions biologiques marines

Parcs marins

Mayotte

Récifs coralliens

Écologie marine

Méditerranée (mer)

Ostéichthyens

Mots clés libres

Diversité fonctionnelle

Variabilité intra et inter journalière

Écosystèmes marins côtiers

Poissons osseux

Aires marines protégées

Functional diversity

Inter and intraday temporal variability

Coastal marine ecosystems

Bony fishes

Marine protected area

Résumé

Les écosystèmes marins côtiers sont de la plus haute importance pour l’Homme au niveau économique, social et culturel et sont fortement impactés par notre activité. Les changements globaux réorganisent les assemblages d’espèces en modifiant leur richesse, leur composition et l’abondance des espèces qui s’y trouvent. Mesurer la diversité fonctionnelle de ces assemblages permet d’évaluer comment les réorganisations impactent le fonctionnement des écosystèmes. Les poissons osseux constituent la majorité de la diversité qu’abritent les écosystèmes côtiers et jouent un rôle clef dans leur fonctionnement. Cette thèse a étudié comment la diversité fonctionnelle ichtyologique des écosystèmes marins côtiers est impactée par l’activité humaine en développant des outils nécessaires pour mieux appréhender le rôle fonctionnel des poissons en prenant en compte la variabilité temporelle de la diversité.J’ai tout d’abord coordonné l’écriture d’un package R, appelé mFD, regroupant 18 fonctions pour calculer et représenter tous les indices de diversité fonctionnelle de manière reproductible et sûre. J'ai ensuite proposé une nouvelle méthodologie d’observation de la biodiversité marine et de sa variabilité temporelle utilisant un réseau de caméras synchronisées capables de filmer pendant plus de 12 heures une surface standardisée. J’ai ensuite développé de nouvelles métriques pour prendre en compte la variabilité temporelle de l’abondance des espèces, afin de préciser leur rôle fonctionnel. La première, appelée SmaxN, permet une estimation de l’abondance de chaque espèce dans un habitat filmé par des caméras synchronisées. J’ai ensuite conceptualisé et testé trois métriques qui caractérisent la rareté temporelle d’une espèce en quantifiant la quantité, la variabilité et la régularité de son abondance au cours du temps.J’ai utilisé ces méthodologies pour répondre à plusieurs questions en écologie. Je me suis dans un premier temps intéressée aux invasions biologiques et à leur impact sur le fonctionnement des milieux. Dans une zone de la mer Méditerranée où coexistent les deux espèces herbivores natives et les deux espèces herbivores invasives, j’ai montré que l’activité d’herbivorie est dominée par une espèce invasive et une espèce native et que la présence de l’espèce invasive n’impacte pas l’activité d’herbivorie de l’espèce native. Si cette étude a mis en évidence une grande variabilité de l’herbivorie entre et au cours des journées, elle a en parallèle permis de valider l’hypothèse d’une activité d’herbivorie plus intense l’après-midi. Je me suis dans un second temps intéressée aux méthodes de conservation actuelles de la biodiversité marine. J’ai ainsi mesuré l’effet des niveaux de protection des Aires Marines Protégées sur le fonctionnement des milieux. En centrant mon étude sur le récif corallien de Mayotte (Océan Indien), j’ai montré que la corallivorie et l’herbivorie peuvent être plus importantes à de plus faibles niveaux de protection et que les processus d'alimentation étudiés sont très variables à l’échelle inter et intra journalière. En étudiant l’accumulation temporelle des diversités taxonomique, fonctionnelle et phylogénétique au cours des jours d'échantillonnage, j’ai démontré l’importance de la prise en compte de la variabilité inter et intra journalière qui peut biaiser notre évaluation des mesures de protection de par la présence d’espèces rares temporellement.

Coastal marine ecosystems are of utmost importance to Humans due to their economic, social and cultural values. Yet, they are heavily impacted by our actions which reorganize species assemblages by altering their species richness, their composition and the abundances of species present. Evaluating how these reorganizations affect ecosystem functioning can be achieved by measuring the functional diversity of these assemblages. Most of the coastal marine ecosystem diversity is made by bony fishes which play a crucial role in their functioning. Therefore, this thesis studied how human activity impacts the fish's functional diversity of coastal marine ecosystems. To better understand the functional role of fishes, I also developed new tools for studying the temporal variability of biodiversity.I coordinated the development of a R package called mFD. It includes 18 functions to compute and plot all functional diversity indices in a reproducible and reliable manner. Then, I proposed a new methodology for observing marine diversity and its temporal variability. It uses a network of synchronized cameras capable of filming a standardized area for over 12 hours. Lastly, I developed new indices to account for the temporal variability of species abundance to better understand their functional role. I developed the SmaxN metric which estimates the abundance of each species in a habitat using synchronized cameras. I then conceptualized and tested three metrics characterizing species temporal rarity by quantifying the amount, variability and regularity of its abundance over time.I used these methodologies to answer several questions in ecology. First, I focused on biological invasions and their impact on ecosystem functioning. In a Mediterranean Sea area where the two native and the two invasive herbivorous species coexist, I demonstrated that the herbivory process was dominated by one invasive and one native species, and that the presence of the invasive species does not impact the herbivory activity of the native species. While this study highlighted a high variability of the herbivory process between and during days, it also validated the hypothesis of a more intense grazing activity in the afternoon. Second, I focused on current marine conservation of marine biodiversity by measuring the effect of the levels of protection in Marine Protected Areas on ecosystem functioning. By studying Mayotte coral reefs (Indian Ocean), I showed that the corallivory and herbivory processes can be more important at lower protection levels, and that feeding activities studied are highly variable on an inter and intraday scale. I finally studied the temporal accumulation of taxonomic, functional and phylogenetic diversities over the sampling days and demonstrated the importance of considering the inter and intraday variability which can bias our evaluation of conservation measures due to the presence of temporally rare species.