Processus d'émergence des patrons de diversité supra-spécifiques lors des radiations évolutives

par Fanny Gascuel

Thèse de doctorat en Ecologie et Evolution

Sous la direction de Régis Ferrière et de Amaury Lambert.

Soutenue le 28-06-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme. Évolution et écologie (Paris) , en partenariat avec Institut de biologie de l'école normale supérieure (laboratoire) .

Le jury était composé de Guillaume Achaz, Nicolas Lartillot, Stéphanie Manel, Christophe Thébaud.


  • Résumé

    Les radiations évolutives sont des phénomènes de diversification rapide, et une source majeure de la diversité biologique sur Terre. J'explore ici l'hypothèse selon laquelle les mécanismes écologiques et génétiques à la base des radiations évolutives structurent les patrons macroécologiques et macroévolutifs de diversité. Pour ce faire, j'analyse les prédictions de plusieurs modèles de radiation émergeant des dynamiques spatio-temporelles à l'échelle individuelle. Ces analyses montrent d'abord que la structuration spatiale est un facteur majeur de diversité et d'endémisme au sein des archipels océaniques, en raison d'interactions entre dispersion et spéciation allopatrique. L'intégration de la dynamique des paysages et des processus d'interactions compétitives révèle ensuite comment ces facteurs se combinent pour structurer la forme des arbres phylogénétiques, et notamment générer des arbres déséquilibrés et une décélération du tempo de branchement, souvent observés dans les phylogénies moléculaires. J'explore alors les mécanismes responsables de cette décélération. Je montre qu'elle reflète une diversité-dépendance négative du taux de spéciation, liée à une réduction de la persistance et différentiation écologique des nouvelles populations. Le taux d'extinction n'est lui pas influencé par la diversité, les extinctions étant ici surtout causées par une combinaison d'exclusion compétitive et d'hybridation d'espèces incipientes. Enfin, je mets en évidence l'importance, lors d'une crise d'extinction, de la topologie rangée des arbres phylogénétiques et de la distribution des extinctions sur les pertes de diversité phylogénétique, et donc sur le potentiel d'évolution future.

  • Titre traduit

    Processes of emergence of large scale diversity patterns during evolutionary radiations


  • Résumé

    Evolutionary radiations are phenomena of rapid diversification, and one of the major sources of biodiversity on Earth. Here, I explore the hypothesis that ecological and genetic mechanisms underpinning evolutionary radiations structure macroecological and macroevolutionary patterns of diversity. To this end, I analyse the predictions of several models in which radiations emerge from spatio-temporal dynamics at the scale of the individual. These analyses first show that spatial structure is a major driver of diversity and endemism on oceanic archipelagos due to interactions between dispersal and allopatric speciation. Second, by integrating landscape dynamics and the processes of competitive interactions, I reveal how these factors combine to shape phylogenetic trees, and in particular to beget trees that are unbalanced and exhibit a deceleration in branching tempo, which is often observed on molecular phylogenies. I then explore the mechanisms responsible for this deceleration. I show that it reflects a negative diversity-dependence of the speciation rate, itself linked to a reduction in the persistence and ecological differentiation of new populations. The extinction rate is, on the other hand, uninfluenced by species diversity, extinctions being here mainly caused by a combinaison of competitive exclusion and hybridization of incipient species. Finally, I show that during mass extinctions the ranked topology of phylogenetic trees and the distribution of extinctions among the tips have a strong impact on the loss of phylogenetic diversity, and hence on the potential for future evolution.


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