Soutenance de thèse de Coline Royaux | La diversité biologique en Nouvelle-Calédonie-Kanaky : Caractérisation à partir des crustacés dulçaquicoles, recherche des facteurs explicatifs majeurs et pérennisation des connaissances pour leur (ré-)utilisation

Les systèmes insulaires sont considérés comme des modèles à petite échelle permettant l’étude de systèmes de plus grande envergure. L’isolement relatif de ces systèmes a permis à la recherche de mieux comprendre la dispersion, la spéciation et l'évolution de la biodiversité. Bien que de nombreuses îles aient servi de refuge à d'anciennes lignées, les systèmes insulaires sont particulièrement sensibles aux perturbations et leur biodiversité représente une grande proportion des extinctions connues. Étant donné l'état alarmant de la biodiversité sur les îles et dans le monde, il est nécessaire de veiller à ce que les connaissances produites puissent être rapidement utilisées pour l’action directe et d’assurer que la recherche sur la biodiversité représente un soutien pour les acteurs de la conservation. Des efforts considérables sont nécessaires afin d’assurer la pérennité des connaissances produites via leur transparence, leur accessibilité et leur réutilisation. L'archipel de Nouvelle-Calédonie-Kanaky, connue pour abriter une diversité endémique exceptionnelle ainsi que des roches riches en métaux lourds (ultramafiques) largement exploitées, est un exemple de biodiversité insulaire menacée. Les mares fonctionnent comme un système insulaire et leur biodiversité est mal connue sur l’archipel. De nombreuses espèces de crustacés sont inféodées à certaines mares en fonction de facteurs tels que la turbidité, le pH et le régime trophique.

Afin d’étudier la diversité génétique intra-spécifique des crustacés de mares, des analyses de génétique des populations ont été utilisées. En ce qui concerne la diversité spécifique, les espèces ont été identifiées à l'aide de la morphologie et, pour certains taxons, de la génétique. Des phylogénies basées sur un ou plusieurs marqueurs génétiques ont été calculées pour plusieurs genres. Les assemblages d'espèces ont été délimités à l'aide d'un réseau espèces-sites partitionné. Des modèles statistiques ont été calculés pour tenter de définir les facteurs environnementaux déterminant la répartition de certaines espèces et des assemblages d'espèces. Sur la base de ces modèles, la distribution la plus probable des espèces et des assemblages a été établie. Enfin, tous les protocoles, analyses et résultats ont été partagés de manière transparente, accessible et réutilisable afin de garantir que le processus scientifique puisse être appliqué dans divers contextes biologiques.

La structuration de la diversité des crustacés des mares, de la génétique aux assemblages d'espèces, est fortement influencée par les massifs ultramafiques. En effet, sur les massifs ultramafiques, la diversité génétique intraspécifiques est plus élevée et géographiquement structurée, indiquant une faible connectivité dans ces régions. En outre, un endémisme localisé a été démontré pour plusieurs genres dans les massifs ultramafiques. Ensuite, sur la base de la répartition des espèces, deux assemblages principaux ont été délimités et les principaux facteurs de répartition de ces assemblages ont été déterminés comme étant la précipitation et les types de roches (ultramafiques ou non). Une plus grande richesse spécifique a été constatée dans l'assemblage qui a des affinités avec les massifs non ultramafiques et les zones à faibles précipitations, tandis qu'un taux plus élevé d'espèces rares a été observé dans l'assemblage présent sur les massifs ultramafiques et zones à fortes précipitations. Certaines localités ont semblé intermédiaires en termes de composition d’espèces, suggérant l’existence d'autres assemblages peu échantillonnés. En outre, plusieurs espèces ont été identifiées pour la première fois sur l'archipel, dont certaines sont nouvelles pour la science.

L'étude de systèmes insulaires imbriqués démontre la pertinence des crustacés de mares en tant que modèle biologique pour l'évaluation de la biodiversité. Ceci souligne la valeur de la mise à disposition de connaissances prêtes à l'emploi.

Insular systems are considered as small-scale laboratories for understanding larger scale mechanisms. Indeed, their relative isolation from more continuous systems has helped biodiversity scientists to have a better understanding of dispersion, speciation and evolution. Although it is acknowledged that many islands have acted as refugia for ancient lineages, insular systems are particularly sensitive to perturbations and insular biotas represent a large portion of historically recorded extinctions. Considering the alarming state of biodiversity on islands and worldwide, there is a need to ensure that knowledge produced can be rapidly implemented in direct actions and establish the research on biodiversity as a significant support to stakeholders. This will require significant efforts to ensure the long-term sustainability of the knowledge produced through transparency, accessibility and reusability. The New Caledonia-Kanaky archipelago is an example of threatened insular biodiversity as it is known for hosting outstanding endemic diversity along with extensively capitalised heavy metal-rich rocks called ultramafic massifs. Ponds are a type of insular system and are poorly known on the archipelago regarding their inhabiting biodiversity. Many crustacean species are deeply affiliated to certain ponds depending on the environment characteristics such as turbidity, pH and trophic regime.

To investigate intra-specific genetic diversity in pond crustaceans, population genetics methods such as haplotype networks, Analysis of Molecular Variance and genetic population differentiation tests were performed. Regarding specific diversity, species were identified using morphological and, for a few taxa, genetic identification. Phylogenies based on one or several genetic markers were computed for several genera. Species assemblages were delineated using a species-site network on which a clustering algorithm was computed. An attempt to determine main drivers for the distribution of some species and of delineated species assemblages has been made using statistical models. Prediction of most probable distribution of these species and delineated assemblages was made based on these models. Finally, all protocols, analyses, and results were made available in a transparent, accessible and reusable manner to ensure that the scientific process could be applied in similar or different biological contexts by researchers or other publics.

In this thesis, the structuration of ponds crustacean diversity from genetics to species assemblages is shown to be highly shaped by the ultramafic massifs. Indeed, intra-specific diversity in several species endemic to ultramafic massifs is higher and is geographically structured, hinting for low connectivity on ultramafic massifs. Additionally, short-range endemism was also evidenced for several genera on ultramafic massifs. Then, based on species distributions, two main species assemblages were delineated and main drivers of the distribution of these assemblages were determined to be precipitation levels and rock types (ultramafic or non-ultramafic). Higher global species richness was evidenced in the assemblage that has affinity with non-ultramafic massifs and low precipitation areas while higher rate of rare species was shown in the assemblage preferring ultramafic massifs and high precipitation areas. Some sampling locations seemed to be intermediate regarding species composition, suggesting other assemblages could exist on the archipelago but were insufficiently sampled. Additionally, several species were identified for the first time on the archipelago, some of which were entirely new to science.

Through the study of nested insular systems, the relevance of ponds crustaceans as a suitable biological model for biodiversity evaluation is evidenced which highlights the value of providing ready-to-use knowledge for researchers and stakeholders.