Dans le contexte actuel de crise de la biodiversité et des risques associés de dégradation des services écosystémiques, les réseaux plantes-pollinisateurs sont parmi les réseaux mutualistes les plus étudiés. Sans pollinisateurs, de nombreuses plantes sauvages et cultivées ne pourraient pas se reproduire. Il est important de comprendre les réseaux plantes-pollinisateurs si nous souhaitons empêcher la destruction des interactions de pollinisation et des services écosystémiques connexes. Dans ces réseaux, les espèces doivent être présentes au même endroit et au même moment pour interagir. En France, l'abondance, la richesse des plantes et des pollinisateurs diffèrent le long du gradient latitudinal, qui correspond aux variations naturelles de la biodiversité. Ces variations pourraient potentiellement affecter la structure du réseau. En outre, les réseaux d'interactions sont souvent décrits sur la base de données agrégées dans le temps, mais en réalité les interactions varient dans le temps. Les grands ensembles de données sur les interactions plantes-pollinisateurs, couvrant toute la saison de floraison ou plusieurs années et permettant des comparaisons pertinentes entre les réseaux le long du gradient environnemental, sont rares. En raison de leur complexité et de leur variation interannuelle, la plupart des études sur les réseaux mutualistes se sont concentrées sur la comparaison des mesures classiques des réseaux qui sont toutes influencées par la taille des réseaux (le nombre d'espèces). De plus, la plupart de ces réseaux sont fondés sur des interactions observées sur le terrain, ce qui fait que certains liens ne sont pas observés. Ainsi, ces réseaux représentent un sous-échantillon d'interactions possibles, ce qui nécessite l'élaboration de nouvelles approches méthodologiques pour mieux explorer les processus écologiques qui déterminent les interactions entre les espèces. L'objectif général de cette étude est de comprendre et d'aider à prédire les effets des changements environnementaux sur les communautés de plantes et de pollinisateurs en étudiant les associations plantes-pollinisateurs selon un gradient environnemental. Je fournis et analyse ici une nouvelle base de données constituée de données géolocalisées caractérisant les associations plantes-pollinisateurs au niveau de l'espèce, la variation spatiale de la structure des communautés et l'assemblage des traits, en me concentrant sur six prairies calcaires le long d'un gradient latitudinal en France. J'ai d'abord comparé la variation de la diversité taxonomique dans l'espace (inter et intra-région) et dans le temps (tout au long de la saison). Ensuite, j'ai utilisé une nouvelle approche méthodologique pour comparer des réseaux de tailles différentes et pour étudier les conséquences des gradients environnementaux sur la probabilité d'interaction plante-pollinisateur. Pour comprendre à quel point notre vision des réseaux échantillonnés selon des méthodes classiques est déformée, j'ai construit des réseaux d'interaction plus complets en utilisant le pollen trouvé sur les insectes. Enfin, j'ai étudié le mécanisme de variation géographique des odeurs florales et les différences entre les populations liées à la variation de la communauté des pollinisateurs. En raison de la complexité et variabilité des interactions plantes-pollinisateurs, notre étude a souligné l'importance de tenir compte de toute la saison de floraison et de la période de vol des insectes, en utilisant des identifications au niveau de l'espèce, afin de démêler le rôle écologique des espèces et les variations du réseau. L'utilisation d'une nouvelle approche méthodologique nous a permis de faire des comparaisons de réseaux le long du gradient environnemental et de diversité en évitant des problèmes de circularité. La grande quantité de données fournies dans cette thèse a permis d'effectuer des comparaisons à différents niveaux, du réseau dans son ensemble aux variations entre populations d’une même espèce. / In the current context of biodiversity crisis and the associated risks of ecosystem service failure, plant-pollinator networks are among the most studied mutualistic networks. Without pollinators, many plants could not reproduce and set seed, and 70% of agricultural production directly depends on them. However, pollinating insects constitute some of the terrestrial taxa most affected by global changes. As such, understanding plant-pollinator networks is of particular relevance if we are to prevent catastrophic disruption of pollination interactions and associated ecosystem services. In plant-pollinator networks, species need to be present in the same site and at the same moment for interactions to occur. In France, plant and pollinator abundance, richness and presence differ along the latitudinal gradient, which correspond to natural variations in biodiversity, and these variations could potentially affect network structure. Moreover, interaction networks are often reported based on temporally aggregated data, but in truth pollination interactions are not static and vary in time, since different plant and pollinator species display different phenologies. Large datasets on plant-pollinator interactions which comprise the entire flowering season or multiple years and allow relevant comparisons among networks along environmental gradient are rare. Due to their complexity and variation among years, most studies of mutualistic networks have focused on predicting and comparing classic network metrics which are all influenced by network size, i.e. the number of plant and insect species. Furthermore, most of these networks are based on interactions observed in the field, and thus some existing links between species remain unobserved. As such, visit-based networks represent a subsample of possible interactions, which call for the development of new methodological approaches to better explore the ecological processes determining species interactions. The general aim of this study is to understand and help predict the effects of environmental changes on plant and pollinator communities by studying plant-pollinator associations along an environmental gradient. Here, I provide and analyse a new database made of geo-localized data characterizing plant-pollinator associations at the species level, spatial variation in community structure and trait assemblage, focusing on six different calcareous grasslands along a latitudinal gradient in France. I first compared the taxonomical diversity variation in space (between and within region) and time (along the season). Then, I used a new methodological approach to compare networks of different size and to study the consequences of environmental gradients on plant-pollinator interaction probability. To understand how much distorted is our vision of plant-pollinator networks sampled following classic methods, I built more complete interaction networks using the pollen found on insects. Finally, I studied the mechanism behind geographical variation of floral scents and among-populations differences linked to the variation in the pollinator community. Because of the complexity and variation of plant-pollinator interactions, our study highlighted the importance to consider the entire flowering season and insects flying period, using species-level identifications, to disentangle the ecological species' role and the network variations. The use of new methodological approach allowed us to make networks comparison along the environmental and diversity gradient avoiding data circularity. The high amount of data provided in this thesis permitted to make comparisons at different level, from the entire network to species-specific variation among-populations.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans le contexte actuel de crise de biodiversité, il est primordial de comprendre où et comment se distribuent les êtres vivants. En utilisant les données de biodiversité gérées par le GBIF (> 640 millions d'occurrences) et couvrant 24 classes taxonomiques, j'ai étudié un patron de biodiversité remarquable, le gradient latitudinal de diversité (LDG). Cet objectif m'a d'abord amené à produire des outils informatiques afin de manipuler ces données de biodiversité (Big Data), puis à évaluer la qualité des données. J’ai alors mis en évidence deux phénomènes importants. Premièrement, un fort biais taxonomique existe dans les données d'occurrences de biodiversité. Certains taxons sont plus étudiés que d'autres, créant un déficit de connaissance pour certains groupes et se révélant problématique pour notre compréhension globale de la biodiversité. Ce biais semble s'expliquer en partie par l'impact des préférences sociétales. Deuxièmement, un changement radical dans la production de ces données: de plus en plus de données primaires de biodiversité sont de simples observations et non plus des spécimens récoltés et mis en collection. Les dangers et avantages liés à ce changement de pratique sont discutés, le rôle de spécimens vouchers est rappelé et la nécessité d'acquérir des données supplémentaires est soulignée. Enfin, fort de cette analyse critique des données primaires de biodiversité, six hypothèses pouvant expliquer le LDG sont testées sur un jeu de données nettoyées couvrant huit classes taxonomiques. Ce test permet de réfuter une hypothèse de contrainte géométrique récente mais jamais testée pour finalement révéler que l'hypothèse de productivité est la mieux soutenue. / In the current context of biodiversity crisis, it is essential to understand where and how life is distributed. Using biodiversity data managed by the GBIF (>640 million occurrences) covering 24 taxonomic classes, I investigated one of the best-known biodiversity patterns: the latitudinal diversity gradient (LDG), which is characterized by an increase in specific richness as we approach the equator. This objective first led me to produce informatics tools for handling large amount of data (Big data paradigm), before evaluating the quality of primary biodiversity data. Two important outcomes resulted from this evaluation. First, I highlight that a strong taxonomic bias exists in biodiversity occurrences. This bias implies that some taxa are more studied than others, creating a knowledge gap detrimental to our understanding of biodiversity as a whole. This bias is strongly impacted by societal preferences rather than research activity. Second, a radical change in biodiversity data gathering practices is happening: primary biodiversity data are now mostly observation-based and not specimen-based. Assets and liabilities of this shift are discussed, while the role of voucher specimens is reiterated and, for observations, the need for ancillary data is underlined. Finally, six hypotheses proposed to explain the LDG are tested on a cleaned dataset encompassing eight taxonomic classes. A recent, but never tested, version of the geometric constraint hypothesis is refuted, while the productivity hypothesis is strongly supported.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-13T14:25:31Z No. of bitstreams: 1 DissYDC.pdf: 2126225 bytes, checksum: 2147e7b962e991380f7156a8f8bb3b9d (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-13T20:39:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissYDC.pdf: 2126225 bytes, checksum: 2147e7b962e991380f7156a8f8bb3b9d (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-13T20:39:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissYDC.pdf: 2126225 bytes, checksum: 2147e7b962e991380f7156a8f8bb3b9d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-13T20:39:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissYDC.pdf: 2126225 bytes, checksum: 2147e7b962e991380f7156a8f8bb3b9d (MD5) Previous issue date: 2015-03-16 / Não recebi financiamento / Data on the reproductive biology of birds are essential to test hypotheses regarding the evolution of different aspects of the life history of these animals. However, basic information on the reproductive behavior of most South American bird species are poorly known. Moreover, particularly for birds with wide geographic distribution, life history may vary according to the different environmental conditions. Thus, the study of reproductive behavior in different populations of the same species, allow the identification of patterns of variation to make inferences about the ecological and evolutionary mechanisms responsible for the diversification and facilitates the development of conservation strategies. The Black Crowned Night Heron, Nycticorax nycticorax (Ardeidae) is a cosmopolitan species very common in Brazil, which breeds in large colonies. Although data on the reproductive biology of this species are available for Europe and North America, is little studied in Brazil. Thus, the objective of this proposal is to describe the reproductive cycle of N. nycticorax in two colonies in the Parque Estadual Fontes do Ipiranga, São Paulo, southeastern Brazil. The breeding season extended from July of 2013 to January 2014, however the field work was performed from September to January, with peak activity in September. The nests were built average 3,55 ± 2,58 m high and 2,36 ± 1,62 m alway from the main trunk. A total of 38 nests were found, but just 29 were monitored. The clutch size was 2.41 ± 0.68 (1 - 3) n = 29, and the incubation period was 23,26±1,26. The nestlings began to leave the nest with an average of 17.4 ± 3.6 days of life, what we call the stay 1, and left the nest definitely with 25,71 ± 7,16 days, which we call the residence 2. From 70 eggs, 57.14 % hatched and 25 chicks survived and left the nest. The survival rate was 31% from laying to the left of the nest, Mayfield. We compared with other tropical populations and the Northern Hemisphere, we recorded a strong tendency in latitudinal gradients of larger clutch size at high latitudes, but reproductive success does not seem to be associated with it, should be more associated with habitat conditions and availability of resources than with the latitudes. Incubation seem to support the premise to be higher in tropical regions, but few incubation data and nestling data are available for comparison. / Dados sobre a biologia reprodutiva das aves são essenciais para se testar hipóteses referentes à evolução de diferentes aspectos da história de vida destes animais. No entanto, informações básicas sobre o comportamento reprodutivo da maioria das espécies de aves Sul Americanas são inexistentes. Além disso, principalmente para as aves com ampla distribuição geográfica, a história de vida pode variar de acordo com as diferentes condições ambientais. Desta maneira, o estudo do comportamento reprodutivo em diferentes populações de uma mesma espécie, além de permitir a identificação dos padrões de variação, possibilita inferir sobre os mecanismos ecológicos e evolutivos responsáveis pela diversificação e facilita o desenvolvimento de estratégias de conservação. O socó-dorminhoco, Nycticorax nycticorax (Ardeidae) é uma espécie cosmopolita muito comum no Brasil, que se reproduz em grandes colônias. Embora dados sobre a biologia reprodutiva desta espécie sejam disponíveis para a Europa e América do Norte, no Brasil é pouco estudada. Diante disso, o objetivo desta presente proposta, foi descrever o ciclo reprodutivo de N. nycticorax em dois ninhais no Parque Estadual Fontes do Ipiranga, São Paulo, sudeste do Brasil. O período reprodutivo se estendeu de Julho de 2013 a Janeiro de 2014, sendo que a coleta de dado foi de Setembro a Janeiro, com pico de ninhos ativos em Setembro. Os ninhos foram construídos numa média de 3,55 ± 2,58 metros de altura (0,44 – 7 m, n = 16 ninhos) e 2,36 ± 1,62 metros de distância do tronco principal (0,0 – 4,48 m, n = 20 ninhos). Um total de 38 ninhos foram encontrados, mas apenas 29 foram monitorados. O tamanho de ninhada foi de 2,41 ± 0,68 (1 – 3) n = 29 e o período de incubação foi de 23, 26 ± 1,26 dias. Os filhotes começaram a sair do ninho com uma média de 17.4 ± 3.6 dias de vida, o que chamamos de permanência 1, e deixaram o ninho definitivamente com 25.71 ± 7.16 dias, o que chamamos de permanência 2. De 70 ovos, 57,14% eclodiram e 25 filhotes sobreviveram e saíram do ninho. A taxa de sobrevivência de ninho foi de 31%, pelo método de Mayfield. Esses dados foram comparados com outras populações Tropicais e do hemisfério norte, notamos uma forte tendência em gradientes latitudinais, de maiores ninhadas em altas latitudes, porém o sucesso reprodutivo não parece estar associado a latitude, pode estar mais associado com as condições de habitat e de disponibilidade de recursos. Período de incubação parece corroborar com a premissa de ser maior nas regiões tropicais, porém poucos dados de incubação e permanência estão disponíveis para comparações.

Notre étude s’inscrit dans un processus de recherche de nouveaux composés d’origine naturelle à activités biologiques avérées à partir de macroalgues brunes, avec d’éventuelles perspectives d’exploitation industrielle. Ainsi, dans un premier volet nous avons testé des méthodologies innovantes en matière d‘extraction en utilisant trois espèces d’algues brunes comme modèles. Nous avons optimisé le protocole d’extraction solide/liquide en estimant divers paramètres cruciaux qui influent sur le rendement d’extraction et sur les activités antiradicalaires des composés extraits. Soucieux de trouver une méthodologie innovante d’extraction plus « verte » répondant aux normes européennes, nous avons donc testé des méthodes d’extraction utilisant des solvants dans leur état supercritique ou sous forme pressurisés. La comparaison avec le procédé d’extraction solide/liquide nous a permis de sélectionner l’extraction par fluides pressurisés (PLE) employée avec un mélange Ethanol-Eau pour l’extraction de composés antiradicalaires avec une haute efficacité. Dans une deuxième partie nous nous sommes intéressés aux variations quantitatives et qualitatives des principales macromolécules présentes chez l’espèce invasive Sargassum muticum en Europe. L’emploi de deux techniques analytiques, RMN HR-MAS et spectroscopie IR, nous a permis d’avoir une vue d’ensemble des compartiments susceptibles de subir des variations selon la position géographique d’une même espèce à large répartition. Cette étude nous a montré comment une espèce est capable de changer sa composition biochimique en fonction de son environnement et ainsi s’acclimater à des milieux assez différents. Ce travail a mis en évidence les effets de différents paramètres environnementaux sur les compartiments lipidique (analysés en GC), protéique ainsi que sur les quantités de carbohydrates et de pigments (analysés en HPLC). L’influence de ces paramètres sur la taille des individus de Sargassum muticum a également été discutée. La dernière partie de cette étude nous a permis de décrire les variations quantitatives et qualitatives des phlorotannins chez l’espèce invasive Sargassum muticum sur une grande échelle spatiale, le long d’un gradient latitudinal (Norvège-Portugal). Dans un premier temps cette variabilité a été appréhendée grâce à un suivi temporel et spatial des teneurs en phlorotannins. L’étude des variabilités intra-spécifiques et intra-individuelles nous a permis de mettre en évidence un effet du stade de développement et de la partie de l’algue considérée : les teneurs et activités des phlorotannins sont plus importantes dans les crampons et chez les individus matures. Après la recherche d’un protocole simple pour la semi-purification des composés phénoliques présent chez Sargassum muticum, nous avons pu mettre en évidence la présence de composés de type phlorethol au moyen de techniques de RMN à deux dimensions (2D). Ces fractions semi-purifiées possèdent des activités antiradicalaire et antibactérienne notoires. Enfin, l’utilisation de plusieurs techniques de séparation membranaires nous a permis d’estimer le poids moléculaire des différents composés présents dans le pool de composés phénoliques extrait. Enfin, suite aux constats effectués sur les populations, l’effet de l’intensité lumineuse et de la température de l’eau a pu être apprécié isolément : les radiations UVA et UVB boostent la production de CP alors qu’une augmentation de la température fait chuter la production de CP chez S. muticum. / Our study is part of the research process for new compounds of natural origin with biological activities and possible industrial perspectives. In a first part, we tested innovative extraction methodologies using three brown algae species as model. We optimized the solid/liquid extraction protocol by estimating diverse crucial parameters which influence the extraction yield and radical scavenging activities of extracts. In order to find an innovative and more "green" extraction methodology answering the European standards, we thus tested more recent extraction methods using solvents in their supercritical state or under pressure. The comparison with the solid/liquid process allowed us to select pressurized liquid extraction (PLE) using an ethanol-water mixture for the extraction of active compounds with a high efficiency, but also to select Sargassum muticum as an interesting model for further investigations. In a second part, we were interested in the quantitative and qualitative variations of the main macromolecules present in the invasive species S. muticum in Europe. The employment of two analytical techniques (NMR HR-MAS and IR spectroscopy), allowed us to have an overview of biochemical parts of the algae, which vary according to the geographical position of this wide spread species. This study showed how a species is able to modify its biochemical composition, and then to acclimate, according to the environment. We then focused on molecules, which showed important variations along the latitudinal range of S. muticum. This work highlighted the effects of environmental parameters on lipid (GC analysis) and protein compartments as well as on carbohydrates and pigments quantities (HPLC analysis). The influence of these parameters on the size of individuals was also discussed. The last part of this study allowed us to describe the quantitative and qualitative variations of phlorotannins in S. muticum on a large spatial scale, along a latitudinal gradient (Norway-Portugal). At first this variability was measured thanks to temporal and spatial follow-up of the phlorotannins contents. The study of intra-specific and intra-individual variabilities allowed us to highlight an effect of the development stage and of the seaweed part: phlorotannins contents and activities are more important in holdfast and in mature individuals. After the research of a simple protocol for the phenolic compounds semi-purification present in Sargassum muticum, we were able to highlight the presence of compounds of only phlorethol type in this species by means of 2D RMN techniques. These semi-purified fractions possess notorious radical scavenging and antibacterial activities. Finally, the use of several membrane separation techniques allowed us to consider the molecular weight of the various compounds present in the extracted pool of phenolic compounds. Finally, under controlled conditions, the effects of the light quality and the seawater temperature were tested: UV-A and UV-B radiations boost the production of CP while an increase of the temperature makes the phlorotannins production decreasing in S. muticum.

Trois modèles invasifs à large répartition en Europe, le long d'un gradient latitudinal Norvège-Portugal, ont été choisis : Sargassum muticum, Codium fragile et Gracilaria vermiculophylla. Cette thèse a pour objectif l'étude de la phénologie, de l'écophysiologie et du métabolome de ces macrophytes invasifs face à une variation de facteurs environnementaux 1) à une échelle locale, 2) à l'échelle du gradient latitudinal (en lien avec le changement climatique global) ainsi que l'étude 3) des voies de valorisation possibles des métabolites de stress par bio-inspiration. Le gradient latitudinal, se traduisant par un gradient thermique, permet de mimer le réchauffement climatique car les conséquences de ce changement climatique sur les espèces en milieu naturel ne sont généralement appréciables qu'à l'échelle de dizaines d'années. Les suivis de l'écologie, dumétabolome ainsi que des impacts potentiels de ces espèces à une échelle locale en France, a permis d'étudier le développement et le cycle de vie des espèces. En particulier, G. vermiculophylla se caractérise par une phénologie spécifique (avec la prépondérance de petits fragments végétatifs, <3cm) en Rade de Brest et par une tolérance accrue à l'envasement jusqu'à 12 cm de profondeur en acclimatant son métabolome tout en maintenant une physiologie dormante. Cette espèce ingénieur impacte en profondeur l'écosystème vaseux de la Rade. Le suivi le long du gradient latitudinal a permis d'illustrer la plasticité phénologique des espèces et notamment un potentiel invasif contrasté de C. fragile entre les différentes latitudes. Lors de marée basse de vives eaux, les espèces présentent une acclimatation de leur photo-physiologie en fonction de la latitude avec la mise en évidence d'une photoinhibition du PSll, lié au stress engendré par les conditions environnementales.Enfin, ce travail a illustré les propriétés multifonctionnelles d'extraits enrichis en composés phénoliques, présentant des activités antioxydantes mais également photoprotectrices ou ostéogéniques, soulignant l'émergence de voies de valorisation originales par bio-inspiration pour divers secteurs tels que la cosmétologie et les biomatériaux en santé humaine. / Three model species with a large distribution along European coasts, along a latitudinal gradient from Norway to Portugal was chosen: Sargassum muticum, Codium fragile and Gracilaria vermiculophylla. The aims of this PhD thesis were to study the phenology, ecophysiology and the metabolom of these non-native marine macrophytes and their ability to cope with a variation of environmental factors 1) at a population scale, 2) along the latitudinal gradient (in relation with the global climatic change) and to propose 3) bio-inspired molecules for industrial purposes. The latitudinal gradient corresponding to a thermic gradient, allows to imitate the global warming as climatic change ¡mpacts are most of the time only visible at decennial scale.Monitorings of ecology, metabolome and potential impacts of these macroalgae, at a population scale, allowed to study the development and life cycle of these models. In particular, G. vermiculophylla exhibited a specific phenology (with a majority of small vegetative fragments, <3cm) in the Bay of Brest and a highly tolerance to burial until 12 cm depth in the sediment by acclimatizing its metabolome together with the ability to maintain a dormancy physiology. This engineer species modifies deeply muddy shores of this Bay. Latitunal gradients's monitoring highlighted the phenological plasticity and a contrasted invasive potential of C.fragile between latitudes. During low spring tides, species exhibited an acclimation of their photophysiology between latitudes with photoinhibition process related to induce environmental stress. Furthermore, this work showed the multifunctional properties of polyphenols enriched extracts with antioxidant, photoprotective or osteogenic activities, highlighting the emergence of original bio-inspired pathways for cosmetic or biomaterial applications.

Les performances du végétal et des arthropodes dont il constitue le microhabitat dépendent des températures de surface foliaire. Celles-ci peuvent dévier fortement de la température de l’air et présenter des niveaux d’hétérogénéité différents selon l'échelle spatiale considérée. La feuille atténue les températures extrêmes en rapprochant son amplitude de variation journalière de celle de la température de l’air. Cependant, cette réponse diminue l’hétérogénéité des températures de surface foliaire et les capacités de thermorégulation comportementale des arthropodes à l'échelle de la feuille. Les températures moyennes de surface foliaire atténuent peu le réchauffement, et déterminent localement la performance photosynthétique du végétal. De l’échelle de la feuille à celle de la canopée, les plantes montrent des réponses différentes au réchauffement. Ce type de changement d'échelle est primordial pour améliorer notre compréhension de l'impact des changements climatiques. / Plant performance and leaf-dwelling arthropods are impacted by leaf surface temperatures. Leaf surface temperatures can show important deviation from air temperature and present different levels of heterogeneity depending on the spatial scale. The leaf buffers temperature extremes by getting closer in amplitude to air temperature. However, this physiological response decreases the heterogeneity of temperatures at the leaf surface and the opportunities for arthropods to behavioraly thermoregulate in this microclimate. Mean temperatures at the leaf surface show low buffering abilities in response to warming and locally determine photosynthetic performance. From the leaf to the canopy scale, plants show different responses to warming and scaling is crucial to increase our understanding of the impact of global warming.