La structuration des communautés de poissons de récif à différentes échelles : de la taxonomie aux fonctions

par Mariana Bender Gomes

Thèse de doctorat en Ecosystèmes et sciences agronomiques

Sous la direction de David Mouillot et de Sergio R. Floeter.


  • Résumé

    Comprendre les mécanismes d'assemblages des communautés est l'une des principales questions en écologie et biogéographie. Elle est également essentielle pour prédire les conséquences des changements globaux sur la distribution future de la biodiversité. Les communautés écologiques sont la résultante de facteurs interagissant à plusieurs échelles spatiales et temporelles. En outre, ces processus peuvent affecter différemment les composantes taxonomique, fonctionnelle et phylogénétique de la biodiversité. Nous étudions ici les processus écologiques qui structurent les communautés de poissons de récif, l'un des assemblages de vertébrés les plus diversifié sur Terre. Les facettes taxonomique et fonctionnelle de ces assemblages ont été étudiées au travers de plusieurs échelles spatiales. Nos objectifs sont (i) d'identifier les facteurs structurant les assemblages de poissons de récif à différentes échelles (du régional au local), (ii) d'évaluer dans quelles mesures les processus structurant les groupes taxonomiques et fonctionnels sont consistants entre eux et (iii) de comprendre la distribution de la rareté fonctionnelle dans les assemblages de poissons de récif. Deux bases de données ont été utilisées : (1) une base de données sur les caractéristiques fonctionnelles et les distributions globales de plus de 6000 espèces de poissons dans six régions biogéographiques ; (2) un ensemble de données comprenant les occurrences de 1 474 espèces de poissons sur 9 681 échantillons obtenus le long de transects (comptages visuels en scaphandre autonome) de 40m² à travers 252 sites dans plusieurs régions biogéographiques. Dans l'océan Atlantique, la structure taxonomique et fonctionnelle des communautés de poissons a une signature biogéographique, avec une différence marquée entre les espèces des récifs biogènes riches (dans les Caraïbes et composée des petites espèces) et les régions périphériques dominées par des espèces plus grandes. L'environnement joue également un rôle important dans la structuration des assemblages dans d'autres domaines biogéographiques. Alors que la composition taxonomique des communautés est principalement liée à l'isolement des récifs, la structure fonctionnelle est influencée par la disponibilité de l'habitat à l'échelle locale. Encore une fois, il y a une plus grande contribution des petites espèces dans les sites les plus riches alors que les grandes espèces dominent en périphérie, suite à la plus forte capacité de colonisation des grandes espèces. Les assemblages présentent des structures fonctionnels emboîtées. Plus précisément les sites pauvres en diversité fonctionnelle, ici mesurée en nombre d'entités fonctionnelles différentes, sont des sous-ensembles des sites riches. Cette structure résulte de l'interaction entre les capacités de dispersion/colonisation des espèces et/ou des besoins en ressources, ainsi que des gradients d'isolement et de surface. Malgré la présence de groupes fonctionnels essentiels et de redondance dans les assemblages de poissons, la majorité des espèces dans les communautés sont rares. De plus, les espèces rares occupent une large proportion de la gamme de traits fonctionnels et effectuent souvent des fonctions uniques. Selon les scénarios simulant la perte d'espèces rares (de 8 à plus de 200 espèces rares / moyenne : 78,2 ± 62), il y aurait une perte élevée - 80 % dans un seul site - de la diversité fonctionnelle. Nos résultats révèlent que les processus au sein d'un domaine biogéographique sont responsables d'une structuration taxonomique et fonctionnelle. De plus, le rôle essentiel de la capacité de colonisation de l'espèce met en évidence l'importance de la connectivité pour le maintien de la structure fonctionnelle des communautés de poissons de récif. Enfin, la contribution des espèces rares à la diversité fonctionnelle montre que ces taxons doivent être protégés afin de maintenir l'ensemble des fonctions et services des écosystèmes.

  • Titre traduit

    The assembly of reef fish communities across scales : from taxonomy to functions


  • Résumé

    Understanding the mechanisms of community assembly is one of the main questions in ecology and biogeography, and is essential for predicting the implications of future biodiversity loss. It is known that an array of processes operating at different spatial and temporal scales interact to produce ecological communities. These processes may affect differently the multiple components of communities: the taxonomic, functional and phylogenetic components. Here we investigate the patterns and processes structuring one of the most diverse vertebrate assemblages on Earth: reef fishes. Reef fish assemblages were assessed across multiple spatial scales, under a taxonomic and functional perspective. Our main objectives included: (i) the identification of determinants of structure in reef fish assemblages across scales (regional to local); (ii) assessing to which extent the processes behind assemblage structures are consistent for taxonomic and functional groups; (iii) understanding the patterns of functional rarity in reef fish assemblages at a global scale. Two databases were utilized: (1) an extensive database on the functional traits and the global distributions of over 6,000 reef fish species across six marine biogeographic regions; (2) a dataset comprising the occurrences of 1,474 fish species over 9,681 underwater visual transects of 40m2 across 252 sites, also throughout the major biogeographic regions. Within the Atlantic Ocean, the taxonomic and functional structure of reef fish assemblages exhibit a biogeographic fingerprint, with a marked discrimination between species rich biogenic reefs – primarily in the Caribbean, where communities were dominated by small invertebrate feeders – and poorer peripheral regions dominated by larger species with more diverse diets. At the regional scale, both historical events and environmental characteristics (coral reefs vs. periphery) have played a role in structuring both components of assemblages. The role of environment features also holds for the structure of assemblages in other biogeographic realms (i.e. Indo-Pacific and Tropical Eastern Pacific). While the taxonomic composition of assemblages is mainly related to reef isolation, the functional structure is influenced by local habitat availability. Again, there is a greater contribution of small-bodied species in the most species-rich locations; and large-bodied species prevailing in peripheral assemblages, a pattern related to species' colonization capacity. Reef fish assemblages across most regions depicted significantly functional nested structures, attributed to functional redundancy – different species constitute a number of key functional entities. The nested structure results from the interaction between species' dispersal/colonization capabilities and/or resource requirements, with isolation and area gradients. Despite the existence of key functional groups and redundancy, the majority of species are rare (low abundance or occupancy). Also, rare species fulfil much of the range of functional traits within reef fish communities and often perform unique roles. Under scenarios of rare species loss (from 8 to over 200 rare species/ mean: 78.2±62) there would be high functional diversity erosion in the majority of reef fish communities, this level reaching up to 80% of functional diversity in one location. However the extent to which these functional groups actually contribute to ecosystem functioning is unknown. Our results reveal that within-realm processes, such as evolutionary histories, have shaped the taxonomic and functional structure of assemblages in each realm. Moreover, the key role of species' colonization capacity highlights the importance of connectivity to the maintenance of the functional structure across reef fish communities. Finally, the contribution of rare species to functional diversity indicates that protecting these taxa is essential to maintain ecosystem functioning and services in reef fish communities.


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