Encadrant : Fabien Leprieur, MCF (UMR MARBEC, université de montpellier), fabien.leprieur@umontpellier.fr
https://fableprieur.weebly.com/

Contexte générale du stage :

L’évaluation des processus à l’origine des gradients de biodiversité et de leur maintien est essentielle pour mettre en place des stratégies de conservation, et plus particulièrement dans le contexte du réchauffement climatique, de la surexploitation des ressources et de la fragmentation des habitats. Un débat persiste au sein de la communauté scientifique quant à l’importance de l’histoire passé de l’environnement et de l’histoire évolutive des lignées pour expliquer la plus forte biodiversité sous les tropiques (p.ex. Belmaker & Jetz 2015, Schluter & Pennell 2017).

Problématique :

Un très grand nombre d’hypothèses ont été proposées pour expliquer les gradients de diversité (en termes de richesse totale en espèces et de richesse en espèces endémiques) à de larges échelles spatiales (p.ex. Hawkins et al. 2003; Ricklefs 2004 ; Field et al. 2009). L’identification des causes de cette variabilité à échelle globale est depuis plusieurs années un objectif clef en biogéographie et macro-écologie. Aux échelles continentales et inter- continentales, trois hypothèses majeures synthétisant la plupart de ces hypothèses ont été proposées pour expliquer les gradients de richesse (Willig et al. 2003 ; Mittelbach et al. 2007 ; Marin et al. 2018) : l’hypothèse aire-espèces (ou d’hétérogénéité de l’habitat), l’hypothèse énergie-espèce et l’hypothèse historique. En particulier, cette dernière hypothèse tente d’expliquer les gradients de richesse par l’histoire évolutive des lignées et par l’histoire de l’environnement. Des études récentes montrent, par exemple que les écosystèmes tropicaux sont plus riches en espèces car les lignées auraient eu plus de temps et plus d’opportunités pour se diversifier sous les tropiques (« hypothèse du temps pour la spéciation », Jetz & Fine 2012). Par contre, certaines études montrent que les taux récents de spéciation ne sont pas différents entre les écosystèmes tempérés et tropicaux, voir plus important aux hautes latitudes (Rabosky et al. 2015 ; Rabosky et al. 2018). L’objectif de ce stage sera d’évaluer l’importance relative de ces hypothèses pour un groupe taxonomique très menacé par les activités humaines via la surexploitation, les élasmobranches marins (requins et raies, voir Stein et al. 2018). En effet, les déterminants de la biodiversité pour ce groupe taxonomique restent peu connus, contrairement aux poissons cartilagineux (Rabosky et al. 2018 ; Gaboriau et al. 2019), et plus particulièrement l’influence de l’histoire évolutive (Guisande et al. 2013). Cette étude rentre aussi dans le débat actuel quant aux différences de taux de diversification entre les écosystèmes tempérés et tropicaux (Belmaker & Jetz 2015 ; Rabosky et al. 2018; Gaboriau et al. 2019 ; Harvey et al. 2020).

Déroulement du stage (acquisition de données, modélisation, résultats attendus etc.) :

– Mise en place de la grille d’occurrence des espèces de requins à l’échelle globale pour différentes résolutions : 1° et 5° (déjà fait par l’équipe)
– Travail de SIG pour caractériser l’environnement contemporain et passé, p.ex. la température des eaux de surface, pour chaque cellule de la grille (partiellement fait par l’équipe)
– Estimation des taux récents de diversification pour chaque espèce en utilisant un super-arbre phylogénétique (Stein et al. 2018)
– Estimation des temps de divergence des lignées et de la moyenne / variance des distances phylogénétiques entre espèces pour chaque assemblage (c.-à-d. chaque cellule de la grille)
– Construction de modèles statistiques prenant en compte l’autocorrélation spatiale et l’interdépendance des facteurs étudiés. Ces modèles relieront la variation de richesse spécifique aux différentes variables.

Un premier résultat attendu est que la température actuelle devrait avoir peu d’influence sur les taux de spéciation des requins et les raies qui sont des organismes endothermes.

Méthodes, techniques, outils à utiliser :

– Travail de SIG pour caractériser l’environnement contemporain, p.ex. la température des eaux de surface pour chaque cellule de la grille (partiellement fait par l’équipe) : utilisation de QGIS ou des packages implémentés sous R pour faire du SIG.
– Estimation des temps de divergence des lignées et de la moyenne / variance des distances phylogénétiques entre espèces pour chaque assemblage : utilisation des package APE et PICANTE sous R. Voir Eme et al. (2020).
– Estimation des taux récents de diversification pour chaque espèce en utilisant un super-arbre phylogénétique : utilisation de la méthode proposée par Rabosky (2014) et donc du package BAMM sous R. Comparaison avec la métrique DR proposée par Jetz et al. (2012).
– Construction de modèles statistiques prenant en compte l’autocorrélation spatiale et l’interdépendance des facteurs étudiés : utilisation des packages spdep, MuMin, par exemple, pour construire des modèles statistiques spatialement explicites et pour faire de la sélection de modèles.

Mots-clés : diversification, biogéographie, modélisation statistique, requins, gradient latitudinal de la diversité.

Publication(s) de l’équipe d’accueil illustrant le contexte général du sujet:

– Leprieur, F, Pellissier, L., Mouillot, D., Gaboriau, T. (2021) Influence of historical changes in tropical reef habitat on the diversification of coral reef fishes. Scientific Reports (sous presse)
– Gaboriau, T., Albouy, C., Descombes, P., Mouillot, D., Pellissier, L. & Leprieur, F. (2019) Ecological constraints coupled with deep-time habitat dynamics predict the latitudinal diversity gradient in reef fishes. Proceedings of the Royal Society B 286: 20191506.
– Gaboriau, T., Leprieur, F., Mouillot, D. & Hubert, N. (2018) Influence of the geography of speciation on current patterns of coral reef fish biodiversity across the Indo- Pacific. Ecography 41: 1295-1306.
– Leprieur, F., Descombes, P., Gaboriau, T., Cowman, P.F., Parravicini, V., Kulbicki, M., Melian, C., De Santana, C., Heine, C., Mouillot, D. Bellwood, D.R. & Pellissier, L. (2016) Plate tectonics drive tropical marine biodiversity dynamics. Nature Communications 7:11461.
Pellissier, L., Leprieur, F., Parravicini, V., Litsios, G., Olsen, S., Wisz, M.S, Kulbicki, M., Cowman, P.F., Bellwood, D. R. & Mouillot, D. (2014) Quaternary coral reef refugia preserved fish diversity. Science 344 (6187): 1016-1019.

Références citées:
-Belmaker J & Jetz W (2015) Relative roles of ecological and energetic constraints, diversification rates and region history on global species richness gradients. Ecology Letters 18: 563-571.
-Eme D., et al. (2020) Phylogenetic measures reveal eco-evolutionary drivers of biodiversity along a depth gradient. Ecography 43: 689-702.
-Field R., et al. (2009). Spatial species richness gradients across scales: a meta-analysis. Journal of Biogeography 36: 132-147.
-Guisande et al. (2013) Factors affecting species richness of marine elasmobranchs. Biodiversity and Conservation 22:1703–1714.
-Harvey et al. (2020) The evolution of a tropical biodiversity hotspot. Science 370 : 6522
-Hawkins B.A., et al. (2003) Energy, water, and broad-scale geographic patterns of species richness. Ecology 84: 3105- 3117.
-Jetz, W., Thomas, G. H., Joy, J. B., Hartmann, K. & Mooers, A. O. The global diversity of birds in space and time. Nature 491, 444–448 (2012).
-Jetz W & Fine PV (2012) Global gradients in vertebrate diversity predicted by historical area-productivity dynamics and contemporary environment. PLoS Biology 10 : e1001292.
-Marin J et al. (2018) Evolutionary time drives global tetrapod diversity. Proc. R. Soc. B 285: 20172378.
-Mittelbach G.G., et al. (2007). Evolution and the latitudinal diversity gradient: speciation, extinction and biogeography. Ecology Letters 10:315- 331.
-Rabosky, D. L. (2014) Automatic detection of key innovations, rate shifts, and diversity-dependence on phylogenetic trees. PLoS One 9, e89543.
-Rabosky DL, et al. (2015) Minimal effects of latitude on present-day speciation rates in New World birds. Proc. R. Soc. B 282: 20142889.
-Rabosky D.L., et al. (2018) An inverse latitudinal gradient in speciation rate for marine fishes. Nature 559: 392–395.
-Ricklefs RE (2004) A comprehensive framework for global patterns in biodiversity. Ecology Letters 7:1-15.
-Schluter, D & Pennell MW (2017) Speciation gradients and the distribution of biodiversity. 546 : 48 -55.
-Stein et al. (2018) Global priorities for conserving the evolutionary history of sharks, rays and chimaeras.
-Willig M.R., et al. (2003) Latitudinal gradients in biodiversity: pattern, process, scale, and synthesis. Annual Reviews of Ecology, Evolution and Systematics 34: 273–309.

Le contenu de cette offre est la responsabilité de ses auteurs. Pour toute question relative à cette offre en particulier (date, lieu, mode de candidature, etc.), merci de les contacter directement. Un email de contact est disponible: fabien.leprieur@umontpellier.fr

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