Thèse Année : 2014

Studying diversity patterns from genes to species within communities using a "quasi-neutral" theory.

Etude de patrons de diversité, des gènes aux espèces, dans les métacommunautés : apports d’une théorie quasi-neutre.

Résumé

In ecology, the neutral theory has been brought forth to explain the biological diversity observed in communities. Assuming that all species are ecologically equivalent, this theory explains diversity patterns as the outcome of stochasticity, migration and speciation. The neutral theory constitutes a falsifiable « null model » to test more complex hypotheses on community assembly rules, with two caveats though: (i) neutral theory predicts species diversity in communities with a very good fit, so that only considering species diversity is hardly sufficient to test the likelihood of more complex hypotheses; (ii) the few alternative hypotheses that are designed to be compared to neutral models lack the biological and evolutionary background underlying the postulated niches. This thesis brings forth new approaches linking ecology and evolution aimed at overcoming the two aforementioned caveats. First, the genetic diversity of studied species is integrated in the neutral theory to allow testing for niche dimensions based on new patterns, such as speciesgenetic diversity correlations (SGDCs). The development of a neutral model unifying both genetic and species levels allows for more precise predictions on these correlations. A more general statistical approach of these correlations is also proposed, with a more descriptive statistical decomposition of SGDCs along environmental gradients to better grasp the underlying forces, based on the case of a freshwater snail metacommunity from the Lesser Antilles. Second, alternative hypotheses (i.e. “quasi-neutral” models) that allow for individual variation along a few niche axes are developed and explored them in two different ways. The first approach explores the evolutionary processes underlying ecological differences among species and is based on the analysis of the evolution of dispersal in a metacommunity and its consequences for diversity patterns. The second approach is a descriptive one which seeks to identify the more differentiated species in ecological datasets, which I illustrate through a study of the response of Garrigue plant communities to thyme. Overall, this work puts forward the potential of a theory “presuming neutrality” of community ecology that integrates genes, traits and species as well as the evolutionary constraints tying them together.

La théorie neutre a été proposée en écologie pour expliquer la diversité biologique observée au sein des communautés. Postulant l’équivalence écologique des espèces, elle explique les patrons de diversité par le hasard, la migration et la spéciation. Elle propose un « modèle nul » réfutable pour tester des hypothèses sur les règles d’assemblage des communautés mais présente cependant deux limitations: (i) elle décrit souvent très bien la diversité des espèces dans les communautés naturelles, si bien que cette seule information est insuffisante pour tester des hypothèses plus complexes ; (ii) il existe peu d’hypothèses alternatives menant à des prédictions directement comparables à celles du modèle neutre, et ces hypothèses manquent souvent d’arguments biologiques, en particulier évolutifs, justifiant les niches postulées. Cette thèse propose de nouvelles approches liant écologie et évolution et visant à surmonter ces deux difficultés. Tout d’abord, la diversité génétique des espèces est intégrée à la théorie neutre afin d’étendre la base empirique sur laquelle tester l’existence de niches à de nouveaux patrons, tels que les corrélations entre diversité des gènes et des espèces. Le développement d’un modèle neutre unifiant les niveaux génétique et spécifique permet de préciser les conditions menant à de telles corrélations. Par ailleurs, on propose aussi une approche statistique plus générale de ces corrélations, en lien avec des variables environnementales, permettant d’affiner notre compréhension des conditions sous-jacentes, en s’appuyant sur l’exemple de communautés antillaises de mollusques d’eau douce. Dans un deuxième temps, on développe des hypothèses alternatives, des modèles « quasi-neutres », qui considèrent des organismes variant suivant un faible nombre d’axes de niche. Deux approches possibles sont explorées. La première porte sur les processus évolutifs sous-tendant des différences écologiques, en analysant l’évolution de la dispersion dans une métacommunauté et ses conséquences sur les patrons de diversité. Plus descriptive, la seconde approche vise à identifier des espèces à rôle écologique spécifique en s’intéressant à l’influence de la présence du thym dans des communautés de garrigue. L’ensemble du travail développé dans cette thèse plaide pour une théorie des communautés fondée sur la « présomption de neutralité » qui intègre espèces, gènes et traits, ainsi que les contraintes évolutives qui les unissent.

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Citer

Fabien Laroche. Studying diversity patterns from genes to species within communities using a "quasi-neutral" theory.. Agronomy. AgroParisTech, 2014. English. ⟨NNT : 2014AGPT0060⟩. ⟨tel-05130058⟩
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