Facteurs écologiques et évolutifs influençant les dynamiques d'aire de répartition géographique des espèces et leurs effets sur les patrons de biodiversité à large échelle

Dénouer les divers facteurs influençant l'aire de répartition des espèces est un objectif de longue date en écologie. La dispersion est la clé pour comprendre la formation de ces aires de distribution et un nombre important d'études théoriques et empiriques s'est concentré à identifier les éléments affectant l'évolution des traits de dispersion. Cependant, il y a encore des lacunes dans nos connaissances concernant l'influence de processus tels que les interactions biotiques, la connectivité du paysage, l'adaptation locale et l'effet Allee sur l'évolution de la dispersion et des dynamiques des distributions des espèces. En générale, pour qu'une espèce étende son aire de répartition, les individus doivent être capables de se disperser dans une nouvelle région et ensuite de tolérer les nouvelles conditions abiotiques et biotiques rencontrées. Finalement, ils doivent pouvoir se reproduire pour soutenir une population viable. Alors que les approches statistiques (i.e., corrélatives) sont suffisantes pour évaluer l'importance des facteurs climatiques sur la distribution géographique d'une espèce (i.e., tolérance environnementale), elles sont moins efficaces pour les autres processus mentionnés ci-dessus. Par ailleurs, les échelles spatiales et temporelles sur lesquelles ces facteurs agissent font en sorte que l'utilisation d'approches expérimentales pour évaluer leurs effets est peu éthique, voir impossible. Conséquemment, je propose l'utilisation de modèles centrés sur l'individu (MCI) encadrés dans la théorie des métapopulations pour évaluer l'importance relative des processus influençant l'évolution de la dispersion et l'expansion des aires de répartition des espèces. Finalement, à travers l'étude de ces dynamiques, mon but est d'explorer les mécanismes structurant les patrons de biodiversité à large échelle. Les MCIs, par définition, prennent en compte la variation intraspécifique des traits et, de plus, ils tiennent compte des interactions adaptatives entre les individus et avec leur environnement. À ce titre, les MCIs fournissent l'agencement idéal pour évaluer comment les dynamiques écologiques et évolutives se déroulant aux petites échelles peuvent structurer des patrons écologiques aux larges échelles spatiales. Cette thèse est composée de trois chapitres utilisant les MCIs et un quatrième basé sur une base de données de zooplancton d'eau douce, qui sera utilisée pour tester quelques prédictions obtenues des MCIs. Le Chapitre I explore l'effet de la variation dans les degrés de connectivité des parcelles d'habitat dans des paysages sur l'évolution des stratégies de dispersion. Le Chapitre II vise à déterminer l'effet des facteurs abiotiques (niveau de connectivité et de fluctuations environnementales) sur la vitesse d'expansion d'une espèce à travers un paysage hétérogène. Plus précisément, j'évalue quelle des stratégies de dispersion denso-dépendante ou denso-indépendante induit des taux d'expansion plus rapides pour des espèces asexuées qui varient dans leur taux de croissance. Dans le Chapitre III, je développe un modèle multi-espèces pour comprendre comment les processus biotiques tels que l'effet Allee et la compétition interspécifique peuvent influencer l'expansion des aires de répartition des espèces à travers un paysage hétérogène. J'explore également comment les gradients de diversité sont structurés par ces interactions. Pour terminer, dans le Chapitre IV, j'évalue comment la taille des aires de répartition et les gradients latitudinaux de diversité et d'aire de répartition (i.e., la loi de Rapoport) diffèrent entre les copépodes et les cladocères en utilisant une base de données sur la diversité et la distribution des microcrustacés d'eau douce dans plus de 1600 lacs au Canada. À cause de leurs modes de reproduction contrastés (cyclique parthénogénétique pour les cladocères et sexué pour les copépodes), ces deux clades diffèrent par rapport à leur susceptibilité à l'effet Allee et à leurs capacités de dispersion et d'adaptation locale. Les résultats obtenus des MCIs fournissent des évidences par rapport à la façon dont les facteurs abiotiques et biotiques modulent l'évolution de la dispersion laquelle, à son tour, influence la taille des aires de répartition des espèces et les patrons de diversité à travers de larges échelles spatiales. Le Chapitre I démontre que différentes stratégies de dispersion peuvent évoluer en réponse à la structure spatiale du paysage. Le Chapitre II montre que la dispersion denso-dépendante permet une expansion plus rapide à travers un gradient environnemental seulement quand le taux de croissance des populations est élevé. Le Chapitre III illustre que l'effet Allee et la force de la compétition interspécifique peuvent moduler les gradients latitudinaux de diversité et d'aires de répartition. Finalement, le Chapitre IV démontre que les cladocères, des organismes ayant surtout une reproduction parthénogénétique et qui ne sont pas susceptibles à l'effet Allee, présentent, en moyenne, des aires de répartition significativement plus larges que les copépodes ayant une reproduction sexuée. Par ailleurs, les deux clades diffèrent énormément par rapport à leurs gradients latitudinaux de diversité et de répartition : le nombre d'espèces de cladocères décroît et leur aire de répartition moyenne s'accroît de manière importante vers les latitudes nordiques tandis que les copépodes ne présentent aucun patron latitudinal vis-à-vis de ces deux caractéristiques. Ainsi, cette thèse démontre que l'évolution de la dispersion et l'adaptation locale sont des facteurs clés pour comprendre la dynamique des aires de répartition (i.e., contraction et expansion) et que les processus qui se produisent aux petites échelles, tels que l'effet Allee et les interactions biotiques, peuvent influencer des patrons observables aux larges échelles spatiales comme la taille des aires de répartition des espèces et les gradients macroécologiques. \n______________________________________________________________________________ \nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Dynamiques des aires de répartition, zooplancton, gradient latitudinal de diversité, dispersion contexte-dépendante, structure du paysage, chevauchement de l'utilisation des ressources, loi de Rapoport

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