Mapping global biodiversity, profiling invasive species and developing a global index of biodiversity change based on taxonomic, functional and phylogenetic facets of freshwater fish biodiversity

Abstract

La biodiversité est un concept à multiples facettes qui comprend trois composantes principales, à savoir la diversité taxonomique, phylogénétique et fonctionnelle. Les études biogéographiques ont jusqu'à présent accordé plus d'attention aux deux premières facettes tandis que les déterminants de la diversité fonctionnelle et ses changements sous l'effet de l'anthropisation restent largement inconnus à l'échelle du globe. Ces lacunes sont particulièrement importantes pour les poissons d'eau douce, car ils représentent non seulement un quart des vertébrés et soutiennent le fonctionnement et la stabilité des écosystèmes, mais sont également l'un des groupes de vertébrés les plus menacés au monde. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'améliorer la compréhension de la diversité fonctionnelle des poissons d'eau douce du globe et de combler le fossé entre les facettes taxonomiques, fonctionnelles et phylogénétiques pour évaluer les impacts des activités humaines sur la biodiversité des poissons d'eau douce. Dans ce but, nous avons d'abord construit une base de données de traits décrivant la morphologie de 10 600 espèces présentes dans plus de 2 400 bassins fluviaux dans les six royaumes terrestres. Nous avons d'abord testé les distributions des traits morphologiques des poissons dans chaque zone biogéographique Nous avons montré que les traits morphologiques des poissons sont i) très variés à travers le globe et ii) que la distribution de ces traits est diffère entre zones biogéographiques. Cependant, les espèces morphologiquement extrêmes occupent la plus grande partie de l'espace morphologique dans toutes les zones biogéographiques. De plus, en utilisant une approche multi-traits à l'échelle du bassin versant, nous avons constaté que la diversité fonctionnelle historique a été façonnée par des variables liées à l'habitat, à l'énergie et à l'histoire. Nous avons également démontré que la morphologie diffère entre les espèces qui n'ont jamais été introduites et celles qui ont été introduites et celles qui se sont même établies. Enfin, nous avons réalisé une approche holistique en proposant un nouvel indice cumulatif combinant les changements dans les six principales facettes de la biodiversité pour évaluer les impacts des activités humaines sur la biodiversité des poissons. Nous avons constaté que les activités humaines ont considérablement affecté la biodiversité des poissons dans plus de la moitié des fleuves mondiaux (52,8%, 1 297 bassins versants). Parmi ces cours d'eau, les zones tempérées sont les plus affectées par les changements de biodiversité, et les changements de biodiversité sont principalement dus à des altérations de la connectivité de l'eau et à l'introduction d'espèces non indigènes. Ce travail a souligné le potentiel des caractéristiques morphologiques dans l'étude de la diversité fonctionnelle mondiale des poissons d'eau douce, et le indice de changement de la biodiversité à multiples facettes donnera ici ouvre de nouvelles implications pour la conservation de la biodiversité.Biodiversity is a multifaceted concept that includes three main components, namely taxonomic, phylogenetic and functional diversity. Biogeographical studies have paid more attention to the first two facets while the patterns and drivers of functional diversity and their changes because of global change remains largely unknown at the global scale. These knowledge gaps are especially large for freshwater fishes, because they not only account for a quarter of vertebrates and support the functioning and stability of ecosystems, but are also one the most threatened vertebrates groups in the world. Thus this thesis aims to improve the understanding of the functional diversity of global freshwater fishes and bridge the gap between taxonomic, functional and phylogenetic facets to evaluate the impacts of human activities on the multifaceted biodiversity of global fishes. Towards this aim, we first built a trait database describing the morphology of 10 600 species occurring in over 2 400 river basins all over the six terrestrial realms. First, we assessed the distributions of the morphological traits within the fauna of each realm. We revealed that fish morphological traits are different between realms and that morphologically extreme species are distributed in all realms. Second, using a multi-traits approach at the basin scale we found that the historical functional diversities have been shaped by habitat, energy and history-related variables. Third, we demonstrated that morphology differs between species that have never been introduced species and those that were introduced and those that were even established. Last, using a novel cumulative index combining changes in six facets of biodiversity we found that human activities have markedly affected fish biodiversity in more than half of the world river (52.8%, 1 297 rivers). Those biodiversity changes were primarily due to alterations of water connectivity and introductions of non-native species. This work underlined the potential of morphological features in the study of global freshwater fish functional diversity, and the combination of functional phylogenetic and taxonomic features in a novel multifaceted biodiversity change index will constitute a useful tool for biological conservation