Dynamique évolutive des forêts tropicales humides d'Afrique centrale : cas d'étude de la famille des palmiers (Arecaceae)

par Adama Faye

Thèse de doctorat en Écologie, évolution, ressources génétiques, paléobiologie

Sous la direction de Yves Vigouroux et de Bonaventure Sonké.

Soutenue le 11-12-2015

à Montpellier , dans le cadre de Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015) , en partenariat avec DIADE - Diversité et Adaptation et Développement des plantes (laboratoire) .


  • Résumé

    La biodiversité des forêts tropicales humides (FTH) est inégalement répartie dans les trois principales régions des tropiques : les Néotropiques, l’Asie du sud-est et l’Afrique tropical. Même si les forêts africaines contiennent une diversité en espèces végétales et un endémisme importants, leur richesse spécifique reste faible par rapport aux autres massifs forestiers tropicaux. Cette disparité serait liée à l’impact négatif d’événements d’extinction durant le Cénozoïque plus intenses dans les forêts africaines. A l’échelle du bassin du Congo, les niveaux de diversité important et l’endémisme des forêts africaines seraient liés à l’hypothèse d’existence de forêts refuges du passé. Cette hypothèse suggère une contraction des forêts en ‘refuges’ durant les événements climatiques du Dernier Maximum Glacier (DMG, entre 24’000 et 12’000 Ans).L’objectif principal de cette thèse est d’étudier l’évolution des forêts africaines en réponse aux changements climatiques sur des pas de temps anciens (millions d’années) et plus récent (milliers d’années). Pour cela nous étudions deux groupes de palmiers Africains : les rotins de la sous-tribu des Ancistrophyllinae et le genre de sous-bois des FTH d’Afrique Centrale Podococcus composé de deux espèces P. barteri et P. acaulis. Le premier groupe nous renseigne sur les événements d’extinctions anciens durant le Cénozoïque, alors que le second permet d’étudier la réponse des FTH face aux changements climatiques du Pléistocène. L’approche utilisée dans cette thèse consiste à 1) reconstruire l’histoire évolutive des rotins, et 2) inférer la dynamique évolutive des deux espèces de Podococcus dans le temps. Cinq objectifs spécifiques structurant deux grandes parties de la thèse ont été retenus. Première partie : (i) reconstruire les relations phylogénétiques chez les Ancistrophyllinae à l’aide de marqueurs chloroplastiques et nucléaires, (ii) estimer les âges de divergences puis tester l’impact des événements d’extinction chez les Ancistrophyllinae. Seconde partie : (iii) construire les modèles de niches écologiques et inférer les zones de stabilité écologique des deux espèces de Podococcus depuis le DMG, (iv) reconstruire les relations phylogéographiques chez Podococcus à partir de plastomes entier obtenus avec du Séquençage Nouvelle Génération ‘NGS’ et (v) évaluer la concordance entre la diversité génétique et la stabilité écologique des populations de Podococcus.Les résultats suggèrent que les espèces d’Ancistrophyllinae se sont probablement diversifiées de manière constante mais avec un taux d’extinction assez élevé ponctué par un ou plusieurs événements d'extinction sévères au cours du Cénozoïque. Les Ancistrophyllinae ont divergé durant l’Eocène et la plupart des espèces sont apparues après 10 Ma durant la fin du Miocène et du début du Pliocène. Chez le genre Podococcus, une corrélation significative entre la diversité génétique unique et la stabilité écologique a été démontré appuyant l’hypothèse des forêts refuges. Les populations écologiquement stables et diversifiées sont principalement localisées dans les zones montagneuses comme les Monts de Cristal et les Monts Doudou au Gabon, mais aussi dans les forêts littorales atlantiques au Gabon et au Cameroun. Par contre la plupart des populations datent d’avant le DMG ce qui traduit une réponse des espèces sur plusieurs cycles glaciers. Les résultats de cette thèse montrent que les changements climatiques anciens et plus récents ont fortement influencé l’évolution et la dynamique des espèces forestières d’Afrique Centrale. De plus, nos résultats ont permis d’identifiés les forêts côtières comme prioritaires pour la conservation de la diversité en Afrique Centrale.

  • Titre traduit

    Evolutionary dynamics of tropical rain forests in Central Africa : case study of palm family (Arecaceae)


  • Résumé

    Tropical rain forests (TRF) biodiversity is not equally distributed between the three main tropical regions: Neotropics, South East Asia and tropical Africa. Even though African rain forests display high levels of diversity and endemism, this diversity is low compared to that of the other tropical regions. One of the main hypotheses advanced to explain this lower species diversity is that the African flora has undergone higher extinction rates during the Cenozoic. Across the Congo basin, high levels of species diversity and endemism is thought to be linked to the hypothesis of forest refugia. This hypothesis suggests a contraction of rain forests in 'refugia' during the Last Glacial Maximum (LGM, between 24’000 and 12’000 Years).The aim of this thesis is to study the evolution of African rain forests in response to climate change on ancient (million years) and more recent (thousands of years) time scales. For this we study two groups of African palms: the rattans of the sub-tribe Ancistrophyllinae and the understory genus of Central African TRF Podococcus with two species P. barteri and P. acaulis. The first group provides information about ancient extinctions events during the Cenozoic, while the second is used to study the response of TRF during Pleistocene climate change in Central Africa. The approach used in this thesis is to 1) reconstruct the evolutionary history of African rattans, and 2) to infer the evolutionary dynamics of the two species of Podococcus through time. The five specific objectives structuring two main parts of the thesis are: First part: (i) reconstruct phylogenetic relationships among Ancistrophyllinae using plastid and nuclear markers, (ii) estimate divergence times and test the impact of extinction events on Ancistrophyllinae. Second part: (iii) build ecological niche models and infer the areas of habitat stability of the two species of Podococcus from the LGM, (iv) reconstruct phylogeographic relationships of populations of Podococcus from whole plastomes obtained using Next Generation Sequencing and (v) assess the correlation between genetic diversity and ecological niche stability of all populations of Podococcus.Results suggest that Ancistrophyllinae has possibly undergone a constant diversification with a relatively high extinction rate punctuated by one or more severe extinction events during the Cenozoic. Ancistrophyllinae diverged during the Eocene with most species originating to the Late Miocene after 10 Ma. In the genus Podococcus, a significant correlation between the unique genetic diversity and habitat stability was demonstrated supporting the hypothesis of forests refugia in Central Africa. Ecologically stable and diverse populations are mainly located in mountainous areas such as Monts de Cristal and Monts Doudou in Gabon, but also in the Atlantic coastal forests in Gabon and Cameroon. In contrast, most of the populations predate the LGM reflecting that species respond over several glacial cycles. Results of this thesis highlight that ancient and recent climate changes have strongly influenced the evolution and dynamics of Central African forests. In addition, our results allowed the identification of African Atlantic coastal forests as an important conservation priority.

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