Thèse Prédire les Impacts du Changement Climatique sur la Biodiversité et les Écosystèmes Tropicaux l'Écologie Évolutive des Araceae Comme Système Modèle H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : AMAP - botAnique et Modélisation de l'Architecture des Plantes et des végétations
Direction de la thèse : Jerome MUNZINGER ORCID 0000000153002702
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

La biodiversité végétale tropicale et sa répartition actuelle résultent de processus écologiques influencés par le climat, les interactions biotiques et l'histoire évolutive des lignées. L'accélération des changements globaux, notamment climatiques et anthropiques, menace la persistance de nombreuses espèces, dont la capacité d'adaptation peut être limitée par les adaptations acquises au cours de leur histoire évolutive. Ce projet de thèse vise à utiliser les Araceae comme système modèle pour intégrer l'histoire évolutive, les traits fonctionnels et les contraintes écologiques dans un cadre prédictif de vulnérabilité face aux changements globaux. Les objectifs sont : 1) de quantifier les lacunes taxonomiques et construire un indice de couverture permettant d'intégrer l'incertitude taxonomique dans les analyses évolutives; de 2) reconstruire les dynamiques de diversification et les transitions écologiques en identifiant les traits et stratégies associés à des variations des taux de spéciation et d'extinction; 3) de développer un modèle prédictif intégratif reliant histoire évolutive, traits fonctionnels et conditions environnementales pour identifier les lignées les plus vulnérables. Les résultats attendus permettront de mieux comprendre les mécanismes façonnant la diversification et la persistance des Araceae, mais également d'informer la conservation prioritaire des lignées et régions les plus menacées dans les écosystèmes tropicaux.

Jusqu'à récemment, l'idée que l'histoire évolutive puisse contribuer à anticiper les réponses des plantes aux changements globaux restait largement théorique. Des travaux récents ont montré que la distribution de certains traits résulte de l'interaction entre héritage évolutif et conditions écologiques actuelles, soulignant le potentiel de cette approche. Ces analyses restent cependant limitées aux traits les mieux documentés, tels que la taille des graines. De nombreux traits végétatifs, pourtant impliqués dans des événements évolutifs majeurs au sein de grandes lignées végétales demeurent encore largement inexplorés malgré des avancées récentes. Leur intégration dans un cadre évolutif et prédictif constitue une étape essentielle pour mieux comprendre les mécanismes gouvernant la diversification, la persistance et la vulnérabilité des lignées végétales.
Répondre à cet objectif nécessite de lever trois verrous scientifiques majeurs : 1) Quantifier précisément les lacunes taxonomiques, particulièrement dans les régions les plus riches mais insuffisamment documentées. Le manque d'indice clair et objectif pour caractériser ces lacunes limite notre capacité à estimer la diversité réelle et à en interpréter les dynamiques évolutives. Des échanges avec de nombreuses institutions nationales dans le monde et avec des spécialistes des Araceae permettront de produire le premier indice quantitatif de couverture taxonomique pour ce groupe et d'identifier les régions et lignées sous-échantillonnées, tout en fournissant une méthodologie et un cadre transposable à d'autres groupes végétaux. 2) Le deuxième verrou concerne la nécessité de disposer d'un cadre phylogénétique robuste. Les avancées récentes en phylogénomique, notamment l'approche Angiosperms353, permettent désormais de reconstruire des phylogénies robustes à large échelle et haute résolution. Une phylogénie des Araceae à haute résolution, actuellement en cours de finalisation, offrira un cadre évolutif solide pour analyser les dynamiques de diversification, les transitions écologiques et l'évolution des traits. 3) Le troisième verrou consiste à identifier ces dynamiques au sein d'un groupe suffisamment diversifié pour constituer un modèle pertinent. Les Araceae présentent une grande diversité de modes de vie (aquatiques, terrestres strictes, épiphytes, grimpantes) tout en étant majoritairement tropicales.

L'objectif de cette thèse est de développer un modèle prédictif intégrant les dynamiques évolutives passées, l'écologie des lignées, ainsi que les changements climatiques et les pressions anthropiques actuelles et futures qui s'exercent sur elles, tout en tenant compte de l'incertitude taxonomique qui les affecte.

1) Quantification de l'incertitude taxonomique et construction d'un indice de couverture.
La première étape consistera à réaliser un questionnaire auprès des principaux herbiers nationaux et régionaux d'environ 100 institutions sélectionnées dans des pays connus pour leur richesse en espèces d'Araceae. Ce questionnaire visera à évaluer le niveau de résolution taxonomique des spécimens conservés, en distinguant notamment les spécimens identifiés au niveau spécifique, générique ou demeurant indéterminés. Il permettra également d'identifier les principaux obstacles à la résolution taxonomique, tels que le manque de matériel de référence, l'absence de révisions taxonomiques récentes, ou l'insuffisance de spécialistes pour certains groupes.
2) Estimation des dynamiques éco-évolutives passées.
La deuxième étape visera à reconstruire les dynamiques éco-évolutives des Araceae en intégrant les informations phylogénétiques, écologiques et fonctionnelles. Des bases de données en ligne, telles que les occurrences géoréférencées (GBIF, BIEN, et les jeux de données de nos collaborateurs) et les données écologiques associées (Worldclim, Grid Soil portail, FAO), seront vérifiées, validées, puis utilisées afin de caractériser la distribution écologique des espèces. Ces informations seront combinées avec la caractérisation des formes de vie (aquatiques, terrestres exclusives, épiphytes, grimpantes), ainsi qu'avec l'identification des principaux traits structuraux ayant permis l'acquisition de ces stratégies écologiques. Ces données seront intégrées dans un cadre phylogénétique afin de tester des modèles dépendants des états de traits, notamment à l'aide de modèles de type MuHiSSE (Multi-State Hidden State Speciation and Extinction), qui permettent d'estimer les taux de spéciation et d'extinction associés à différents états écologiques ou fonctionnels, tout en tenant compte de facteurs non observés. Ces analyses permettront d'identifier les transitions écologiques majeures, ainsi que les traits et stratégies associés à des variations significatives des taux de diversification. En parallèle, l'intégration des informations issues du registre fossile permettra de contraindre les estimations temporelles et d'améliorer l'inférence des taux d'extinction.
3) Développement d'un modèle prédictif intégratif des risques évolutifs et écologiques.
La troisième étape consistera à développer un modèle prédictif intégratif permettant d'anticiper la vulnérabilité des lignées en fonction de leur histoire évolutive, de leurs caractéristiques écologiques et de leur niveau d'incertitude taxonomique. Ce modèle intégrera explicitement : i) l'indice de couverture taxonomique développé en (1), ii) les taux de spéciation et d'extinction estimés en (2), iii) les traits fonctionnels et structuraux, iv) les variables écologiques et climatiques actuelles et futures.
Plusieurs approches statistiques complémentaires seront utilisées :
- Modèles d'équations structurelles phylogénétiques (Phylogenetic Structural Equation Models, PSEM), permettant d'évaluer les relations causales entre histoire évolutive, traits, environnement et risque d'extinction, tout en tenant compte de la non-indépendance phylogénétique;
- Modèles linéaires généralisés phylogénétiques (PGLS) et modèles mixtes phylogénétiques (Phylogenetic GLMM), permettant d'identifier les facteurs expliquant les variations des taux de diversification et du risque d'extinction;
- Modèles bayésiens hiérarchiques, permettant d'intégrer explicitement les différentes sources d'incertitude, notamment taxonomique et phylogénétique; les lignées identifiées comme présentant le plus fort risque d'extinction feront l'objet d'analyses ciblées. Ces analyses incluront, lorsque nécessaire, des efforts visant à améliorer leur résolution taxonomique, notamment par l'examen de matériel d'herbier, l'intégration de données morphologiques et phylogénétiques, et la collaboration avec des spécialistes du groupe.
Sur la base des résultats du modèle prédictif, des recommandations de conservation pourront être proposées pour ces lignées, en identifiant les facteurs écologiques et fonctionnels associés à leur vulnérabilité. Ces recommandations pourront inclure des priorités de conservation in situ, des stratégies de conservation ex situ, ainsi que l'identification de régions ou de lignées nécessitant des efforts d'inventaire ou de révision taxonomique prioritaires.