L'orogenèse alpine et l'évolution de la flore alpine européenne

Alpine orogeny and the evolutionary assembly of the European Alpine flora

• Auteur / Autrice : Lara Misty Wootton
• Direction : Sébastien Lavergne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité écologie environnement
• Date : Soutenance le 21/10/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'écologie alpine (Grenoble, Isère, France ; Le-Bourget-du-Lac, Savoie, France ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Gabriel Valay
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andréa Sanchez Meseguer, Florian Boucher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florian Jabbour, Yamama Naciri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spéciation

Phylogénie

Plantes alpines

Mots clés libres

Flore alpine

Phylogénie

Spéciation

Phylogenetics

Alpine flora

Speciation

Résumé

Les montagnes sont des systèmes dynamiques. Leur orogenèse et son interaction avec le climat contribuent largement aux modèles mondiaux et régionaux de biodiversité, et les montagnes elles-mêmes sont disproportionnellement riches en espèces par rapport à leur superficie. L'assemblage de la biodiversité des montagnes est affecté par une série complexe de facteurs abiotiques et biotiques, qui peuvent varier considérablement sur de nombreuses échelles spatiales et temporelles différentes. Ici, je reconstruis l'assemblage évolutif de la flore diversifiée des Alpes européennes à l'aide d'une phylogénie datée de 5 231 espèces, qui comprend la majorité des espèces végétales alpines. Je trouve remarquablement peu de grands événements de diversification in situ. Une grande partie de la flore s'est plutôt constituée par colonisation et accumulation de lignées pauvres en espèces. L'âge généralement jeune des lignées alpines suggère que leur assemblage a été découplé d'événements géoclimatiques anciens, tels que le soulèvement initial de la surface des Alpes européennes. Au contraire, l'accumulation des lignées s'est accélérée tout au long du plio-pléistocène, ce qui implique que leur assemblage a été déclenché, plutôt qu'entravé, par les cycles glaciaires du pléistocène. En analysant les géométries des aires de répartition et les préférences en matière d'habitat des paires d'espèces sœurs, je montre qu'il n'existe pas de mécanisme dominant unique pour la spéciation des plantes alpines. Les barrières topographiques et glaciaires, la polyploïdisation et les processus adaptatifs ont tous une influence sur la biodiversité des montagnes. Ces résultats attirent l'attention sur la grande diversité des processus de spéciation dans les régions à forte complexité topographique et historique. Les cycles glaciaires du Pléistocène ont limité la répartition de nombreuses espèces végétales alpines à des nunatak ou à des refuges périphériques. Après le retrait des glaciers, la plupart des espèces ont étendu leur aire de répartition pour suivre l'évolution des conditions environnementales. L'hypothèse a été émise que ce processus est toujours en cours, conduisant à un remplissage incomplet de l'aire de répartition. Il est intéressant de noter que je ne trouve que des preuves limitées de schémas de recolonisation post-glaciaire dans la distribution de la flore alpine. Je soutiens donc que la recolonisation post-glaciaire des Alpes européennes est largement achevée et que la distribution spatiale de la flore existante est principalement déterminée par les variables climatiques contemporaines. Dans l'ensemble, mes résultats soulignent l'utilité d'utiliser un échantillonnage à l'échelle de la flore plutôt qu'un échantillonnage spécifique à une lignée pour découvrir de nouvelles informations sur l'évolution de la biodiversité des montagnes, et mettent l'accent sur l'interaction complexe des facteurs géo-climatiques dans la formation des flores alpines.

Mountains are dynamic systems. Their orogeny and its interaction with climate are huge contributors to global and regional patterns of biodiversity, and mountains themselves are disproportionately species rich for their area. The assembly of mountain biodiversity is affected by a complex suite of abiotic and biotic factors, which can vary substantially over many different spatial and temporal scales. Here, I reconstruct the evolutionary assembly of the diverse flora of the European Alps using a dated 5,231-species phylogeny, which comprises the majority of Alpine plant species. I find remarkably few large in situ diversification events. Rather, much of the flora has assembled through colonisation and the accumulation of species-poor lineages. The generally young age of Alpine lineages suggest that their assembly was decoupled from ancient geo-climatic events, such as the initial surface uplift of the European Alps. Instead, lineage accumulation accelerated throughout the Plio-Pleistocene, implying that their assembly was triggered, rather than impeded, by the Pleistocene glacial cycles. By analysing the range geometries and habitat preferences of sister-species pairs, I show that there is no single dominant mechanism driving Alpine plant speciation. Topographic and glacial barriers, polyploidisation, and adaptive processes are all influential in generating mountain biodiversity. These results call attention to the high diversity of speciation processes in areas with strong topographic and historical complexity. The Pleistocene glacial cycles limited the distributions of many Alpine plant species to nunatak or peripheral refugia. After the glaciers retreated, most species expanded their ranges to track the changing environmental conditions. It had been hypothesised that this process is still on-going, leading to incomplete range filling. Interestingly, I find only limited evidence of post-glacial recolonisation patterns in the distribution of the Alpine flora. I, therefore, argue that the post-glacial recolonisation of the European Alps is largely complete and that the spatial distribution of the extant flora is primarily determined by contemporary climatic variables. Overall, my results highlight the utility of using flora-scale rather than lineage-specific sampling to uncover new information on the evolution of mountain biodiversity, and emphasize the complex interplay of geo-climatic factors in shaping the assembly of alpine floras.