Mesures de diversité inter-spécifique. Apports des indices d'originalité en écologie et évolution

Measuring inter-specific diversity. Benefits of species originality indices in community ecology and conservation biology

• Auteur / Autrice : Anna Kondratyeva
• Direction : Sandrine Pavoine, Philippe Grandcolas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie
• Date : Soutenance le 11/12/2019
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : DIVONA (DIVersités, Origines, NAtures - ED227 MNHN-SU) (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des sciences de la conservation (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Hélène Morlon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Pavoine, Philippe Grandcolas, Hélène Morlon, Sophie Nadot, Cyrille Violle, Hervé Daniel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Nadot, Cyrille Violle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biodiversité -- Conservation des ressources

Phylogénie

Diversité des espèces

Biodiversité

Mots clés libres

Mesure de biodiversité

Mesure d'originalité

Phylogénie

Trait fonctionnel

Rareté

Conservation

Ecologie des communautés

Biodiversity measure

Originality measure

Phylogeny

Functional traits

Rarity

Conservation

Community ecology

Résumé

L'humanité dépend fortement de la biodiversité et des services qu'elle nous fournit. Pour prévenir la perte de biodiversité et établir des relations durables avec la nature, l'humanité doit gérer et protéger des ressources naturelles. Le problème de ''what to protect'' n'est pas nouveau, mais il est devenu aujourd'hui plus important que jamais et pourrait être résolu par une utilisation appropriée des mesures de la biodiversité. De nombreuses mesures de biodiversité ont été élaborées au cours des quatre dernières décennies avec l'abondance des espèces comme l'une des unités centrales. Cependant, les études en écologie et évolution nécessitent une description précise des caractéristiques des espèces pour quantifier au mieux la diversité interspécifique, car en effet les espèces ne sont pas équivalentes. Les premières mesures tenant compte des différences biologiques entre les espèces étaient fondées sur les relations phylogénétiques et les valeurs de traits des espèces. Cependant, beaucoup d'entre elles mesurent la diversité d'un ensemble d'espèces et n'indiquent pas la contribution de chaque espèce à la diversité de l'ensemble. Comme une solution à ce problème, d'autres types de mesures sont apparus au début des années 90's, comparant les espèces en fonction de ce qu'elles ont en commun, mais elles ont été mises de côté, classées à tort comme mesures de la diversité. Néanmoins, ces mesures donnent une valeur à chaque espèce et non à l'ensemble des espèces. Dans cette thèse, nous appelons ces mesures des indices d'originalité des espèces. Une espèce est originale si elle possède des valeurs de traits inhabituels par rapport à toutes les autres espèces dans une communauté ou si elle est phylogénétiquement éloignée des autres. Ainsi, les espèces les plus originales sont celles qui contribuent le plus à la diversité de cette communauté. Dans cette thèse, nous avons cherché à démontrer des avantages des mesures d'originalité, en particulier en biologie de la conservation et en écologie des communautés. Tout d'abord, nous examinons la relation entre les concepts de l'originalité, de la diversité et de la rareté des espèces et nous comparons leurs mesures associées. Poursuivant des liens théoriques entre les mesures d'originalité et de diversité, nous proposons une application pratique d'indices d’originalité en deux étapes (et à deux échelles) à un jeu de données réel des espèces végétales. Enfin, nous discutons des principaux points forts et faibles liés aux données sur les espèces, à l'échelle spatiale des études et au choix des mesures d'originalité, impliqués dans l'analyse d'originalité. Un outil prometteur, les mesures d'originalité pourraient être utilisés avec d'autres entités que des espèces, tels que les gènes ou les habitats, et donc élargir notre compréhension et la conservation de la biodiversité.

Humanity strongly depends on biodiversity and services it provides. To prevent the biodiversity loss and to establish sustainable relations with nature humanity has to efficently manage and protect natural resources. The problem of “what to protect” is not new but became more important than ever and could be resolved by an appropriate use of biodiversity measures. Many indices of biodiversity have been developed in the last four decades, with species being one of the central units. However, evolutionary and ecological studies need a precise description of species’ characteristics to best quantify inter-species diversity, as species are not equivalent and exchangeable. First measures taking into account species biological differences were based on species phylogenetic relations and trait values. However, many of them measure a diversity of a set of species, and does not indicate the respective contribution of each species to the diversity of the set. To find a remedy to this issue, other type of measures appeared in early 90’s, comparing species through the shared amount of characteristics, but were put aside, erroneously classified as diversity measures too. In this thesis we refer to these measures as species originality indices. A species is original if it possesses unusual trait values compared to all others in a community or if it is distantly related with other species in a community. Thus, the most original species have the greatest contribution to the diversity of that community. In this thesis we sought to demonstrate the benefits of originality metrics, particularly in conservation biology and community ecology. First we review the relation of species originality with concepts of species’ diversity and rarity and we compare their related measures. Following theoretical links between originality and diversity measures we propose a practical application of a two-step (and two-scale) originality framework to a real plant species data. Finally, we discuss main pitfalls and advantages related to species data, spatial scale of a study and the choice of an originality measure. Future studies could use originality measures with other entities than species, such as genes or habitats, and therefore broad the extent of biodiversity assessment and conservation.