L’étude de la diversité des espèces de poissons habitant les récifs coralliens fascine les chercheurs du monde entier depuis plus de 200ans. Comment ces organismes qui n’occupent que 1% de la surface des océans du globe ont-ils pu former un des groupes les plus riches des vertébrés existants ? La complexité de cette question ne réside pas seulement dans l’exceptionnelle diversité de formes, de couleurs et de comportements de ces espèces mais aussi dans l’inégale répartition de cette richesse. Des explorations du lagon de Mayotte, des côtes Cubaines ou de la grande barrière de corail donneront des perspectives très différentes de la diversité des poissons coralliens. Ces différences très importantes sont le résultat de processus ayant modelé, pendant des millions d’années, la répartition des espèces coralliennes, leur morphologie et leur comportement. Pendant ces millions d’années d’évolution, les poissons coralliens, ainsi que les espèces de coraux qui les abritent, ont été confrontés à des changements drastiques des conditions climatiques et à la dérive des continents. C’est l’influence de ces facteurs sur la répartition et la diversité des poissons coralliens, que j’ai étudié pendant ma thèse. Comprendre comment les espèces et les écosystèmes ont réagi aux changements environnementaux passés peut nous apporter des clés essentielles pour anticiper les changements à venir des écosystèmes que nous connaissons, sous l’influence des changements globaux. Les récifs coralliens étant sous une menace de plus en plus présente, je me suis particulièrement intéressé à l’influence de la disponibilité de l’habitat corallien sur les processus d’extinction, de dispersion et de spéciation (formation de nouvelles espèces par divergence génétique) des poissons coralliens.Afin de répondre à ces objectifs, plusieurs méthodes ont été employées. Dans un premier temps, une approche descriptive basée sur la répartition de la co-occurrence entre espèces sœurs et une comparaison entre une reconstruction globale de la dynamique des habitats coralliens allant du Crétacé (≈ -140 millions d’années) et les taux de diversification de plusieurs grands groupes de poissons récifaux, ont permis de montrer que les taux de diversification de plusieurs familles de poissons récifaux étaient dépendant de la fragmentation des habitats coralliens, et d’observer la concordance entre des évènements climatiques et tectoniques majeurs et l’évolution de la biodiversité des poissons coralliens.Après avoir identifié un lien entre fragmentation de l’habitat corallien et la diversification des poissons, une grande question demeure : Comment cette dynamique de l’habitat influence-t-elle dans l’espace et le temps la diversité des poissons récifaux ? Pour répondre à cette question, une approche unique permettant de modéliser la dispersion, la spéciation et l’extinction des espèces dans un espace formé de grilles d’habitat dynamique a été développée et appliquée à plusieurs clades d’organismes marins côtiers (coraux, palétuviers et poissons). Cette approche a permis de démontrer comment la dérive des continents a contraint la dynamique de l’habitat corallien et a façonné les gradients de diversité de plusieurs groupes d’organismes marins côtiers. Enfin, l’extension de cette approche aux récifs tempérés, a permis de montrer l’interaction entre l’influence de la dérive des continents et des processus écologiques sur la colonisation et le maintien d’espèces de poissons récifaux dans les milieux tempérés, expliquant en partie la formation du gradient latitudinal de diversité des poissons récifaux.Ces travaux ouvrent la voie vers l’utilisation d’une nouvelle génération de modèles spatialisés de diversification et la prise en compte de la dynamique des habitats passés dans l’étude des processus de diversification. / The exceptional diversity of fishes that inhabit coral reefs fascinates researched from all over the world since over 200years. How can those organisms, that only occupy 1% of the surface of the oceans, form one of the richest group of extant vertebrates? The complexity of this question does not only lie in the extraordinary diversity of morphologies, colors and behaviors, but also roots in the heterogeneous repartition of that richness. Explorations of Mayotte’s lagoon, Cuban coasts or the great barrier reef will show different perspectives of coral-reef fish’ diversity. Those pervasive differences are the result of processes that shaped, during millions of years the repartition of coral-reef species, their morphology and their behavior. During those millions of years of evolution, coral-reef fishes along with species that shelter them, faced massive climatic and tectonic changes. During my PhD, I studied the influence of those factors on the repartition and the diversity of coral-reef fishes. Understanding how species and ecosystems responded to important environmental changes can provide essential insights to anticipate future changes of ecosystem composition and functioning under global changes’ pressure. As coral-reefs are under more and more threatening pressures, I particularly focused on the influence of coral habitat availability on extinction, dispersion and speciation processes of coral-reef fishes.To achieve this goal, several methods have been employed. First, a descriptive approach based on sister-species co-occurrence patterns and the comparison between a global reconstruction of coral-reef habitat dynamics from the Cretaceous (≈ -140 million years) to present and the evolution of several speciose groups of coral-reef fishes permitted to identify a link between diversification rates of several groups of coral-reef fishes and coral habitat fragmentation and to observe the concordance between major earth-history events and biodiversity dynamics of coral-reef fishes.After the identification of a link between habitat fragmentation and coral-reef fishes’ diversification, an important question remains: What are the mechanisms underlying the influence of habitat dynamics on temporal and spatial variations of reef-fish biodiversity? To answer this question a unique approach allowing modeling of species dispersal, extinction and speciation in a gridded space varying in function of habitat dynamics, has been developed and applied to several groups of coastal marine organisms (corals, mangroves, fishes). This approach provided mechanistic insights about how plate movements drove coral reef habitat dynamics and shaped biodiversity gradients of several groups of coastal marine organisms. Finally, the extension of this approach to temperate reefs (rocky reefs), provided mechanistic insights about the interplay between the influence of tectonic events and ecological processes in the formation of present-day latitudinal gradient of biodiversity of reef-fishes.This thesis paves the way towards the use of a new generation of spatialized mechanistic models of macroevolution and the consideration of the influence of past-habitat dynamics in the study of diversification processes.

L’estimation de la diversité et de l’abondance des espèces de poisson est fondamentale pour comprendre la structure des communautés et la dynamique des récifs coralliens. Les observations sont généralement obtenues par des recensements visuels en scaphandre autonome (UVC). Ces informations peuvent également être obtenues de manière originale grâce aux observations issues des techniques vidéo sous-marines modernes sans plongeur qui permettent des couvertures spatiales et temporelles accrues.La première phase de ce travail de thèse synthétise l’ensemble des travaux ayant été effectués avec des techniques vidéo entre 1952 et 2012. La seconde phase, présente deux systèmes vidéo rotatifs complémentaires, utilisés pour étudier la diversité de l’ichtyofaune et des habitats marins dans le lagon de Nouvelle-Calédonie : le STAVIRO (pour « STAtion VIdéo ROtative ») et le MICADO (pour « Module d’Imagerie Côtier, Autonome pour le Développement de l’Observation sous-marine »). La troisième phase de ce travail consiste à comparer ces systèmes vidéo aux UVC puis à examiner l’effet « observateur » inhérent aux techniques vidéo rotatives. Il résulte de cette étude que : (i) les observations des communautés de poissons par UVC et STAVIRO différaient significativement, (ii) la richesse spécifique etla densité des espèces de grande taille n'étaient pas significativement différentes entre les techniques, (iii) la diversité et la densité des espèces de petite taille étaient plus élevés avec les UVC; (iv) la densité des espèces pêchées était plus élevée avec les STAVIRO et (v) seuls les UVC ont détecté des différences de structure des assemblages en fonction du type de récif. L’étude de l’effet « observateur » a montré que sur une liste d’espèces définie, les dénombrements et les identifications des individus peuvent être considérées comme similaires entre observateurs ayant une expérience suffisante (> 6 mois). La dernière phase de ce travail a permis d’appliquer la technique MICADO à l’étude des variations temporelles del’ichtyofaune d’un site corallien à l’échelle de la journée. Elle a permis de mettre en évidence des variations cycliques journalières en fonction de l’heure et de la marée et des « profils type » de variations ont pu être identifiés pour certains groupes d’espèces. Ce travail de thèse permet ainsi de participer au développement de nouvelles techniques d’observations complémentaires des techniques traditionnelles afin d’enrichir les connaissances du fonctionnement et de la dynamique des écosystèmes coralliens. / Estimating diversity and abundance of fish is fundamental for the understanding of community structure and dynamics of coral reefs. Observations are generally gathered using Underwater VisualCensus (UVC). These informations can also be collected by underwater video techniques involving no diver and allowing a high spatial and temporal coverage. The first part of this PhD thesis is a review ofpublications using underwater video techniques between 1952 and 2012. The second part present two rotating video systems used to study the diversity of ichthyofauna and habitats in the lagoon of NewCaledonia: the STAVIRO (for "STAtion VIdeo ROtative") and the MICADO (for "Module d’Imagerie Côtier, Autonome pour le Développement de l’Observation sous-marine"). The third part of this work is acomparison of these techniques with UVCs and an analysis of the “observer effect” for the rotating video techniques. The comparison between rotating video systems and UVC showed that: (i) fish communitydata collected by UVC and by STAVIRO differed significantly; (ii) species richness and density of large species were not significantly different between techniques; (iii) species richness and density of smallspecies were higher for UVC; (iv) density of fished species was higher for STAVIRO; and (v) only UVC detected significant differences in fish assemblages structure across reef type. The comparison of fishcounts obtained from the same videos by different observers showed that for a defined list of species, estimates of species richness and total abundance can be considered as similar between observers withsufficient experiences (> 6 months). The last part of this PhD is an application of rotating video techniques to the study of daily temporal variations of the ichthyofauna. Daily variations were observed depending onthe time of day and the tidal state and typical patterns of variations have been described for some species groups. The outcomes of this work bring original insights of new techniques complementary to traditionaltechniques in order to enhance our understanding of the functioning and dynamic of coral reef.

La couleur est un trait biologique essentiel et très variable qui permet à un organisme d'être adapté à son environnement biotique et abiotique. De multiples gènes influent sur la couleur ; leur évolution a été étudiée ici chez les Vertébrés en lien avec les duplications de génome survenues dans cette lignée . Alors que l'essentiel des gènes sont perdus lors de la rediploïdisation suivant une duplication totale de génome, ces travaux montrent que les gènes de la pigmentation appartiennent à des fa milles de gènes qui sont en moyenne plus retenues que le reste du génome . Ceci est particulièrement vrai pour les poissons Téléostéens, cette expansion du répertoire de gènes de pigmentation pouvant être en lien avec la grande diversité de cellules pigmenta ires et de patrons de pigmentation observés chez ces animaux . Par ailleurs, l'étude de la pigmentation d'un organisme modèle émergent, le poisson -clown Amphiprion oellaris, a été réalisée dans le cadre de cette thèse . La nature cellulaire de la bande blanche de ce poisson a été déterminée et a permis l'identification - d'un nouveau gène présent presque exclusivement chez les poissons Actinoptérygiens , probablement acquis par transfert horizontal, et impliqué dans le développement d'un type de cellules pigmentaires, les iridophores . Enfin, l'acquisition de la pigmentation au cours du développement du poisson -clown A. ocellaris, un poisson corallien au cycle de développement marqué par une métamorphose, a été étudiée en rapport avec la signalisation thyroïdienne, qui joue un rôle majeur au cours du développement des Vertébrés . / Color is a key biological trait that allows individuals to adapt to their biotic and abiotic environment, and many genes have been shown to play an essential role in color acquisition in vertebrates. In this work, the consequences on this specifie set of genes of the whole-genome duplications that occurred during vertebrate evolution were investigated. Whereas most genes a re lost after a w hole- genome duplication event, this work shows that pigmentation genes and other genes within their families have been more retained compared to the average observed genome retention. This was particularly the case for the teleost-specific whole-genome duplications . Hence, this high retention rate could  be related to the high pigmentation diversity observed in the teleost fish lineage, both  in terms of patterns and of pigment cell types . In addition, during this PhD thesis, pigmentation in an emerging model organism, the clownfish Amphiprion ocellaris, was investigated. The white color in clownfish was shawn to be due to specifie pigment cells,  iridophores, and new iridophore genetic markers were detected . One such marker is almost exclusively restricted to ray-finned fish and could have been acquired through a horizontal gene transfer event that occurred at the onset of the evolution of this lineage. Last, in this work, the genetic basis of pigmentation acquisition was scrutinized during the development of clownfish A. ocellar is, and especially during metamorphosis - a major life history transition  in coral  reef  fish . In particular, the  deployment  during  development  of thyroid  hormone signaling  which is a key pathway in metamorphosis regulation in vertebrates  was examined.

Les parasites sont une partie très importante des écosystèmes, néanmoins, dans certains cas tels que l’aquaculture ils causent des épidémies. Dans cette thèse j’ai étudié les interactions hôte-parasite chez les poissons coralliens, dans les milieux naturels et les milieux aquacoles. J’ai étudié l’arrangement des communautés de 13 espèces de monogènes de 34 espèces de poissons papillon dans l’Indo-Pacifique. Les résultats montrent qu’il existe un patron de distribution stable des espèces, ce qui, combiné avec les résultats de l’étude biogéographique, suggère que la spécificité parasitaire observée a pu se développer tout au long des épisodes biogéographiques passés. Notamment, seule une espèce, Chaetodon lunulatus, n’est jamais parasitée. J’ai étudié le mucus des poissons qui est décrit comme la première ligne de défense contre des agressions externes, pour analyser quels facteurs de C. lunulatus pourraient être reliés à l’absence des parasites. Le microbiome et le métabolome du mucus branchial des poissons papillons montrent une grande diversité. C. lunulatus présente une plus grande abondance de Fusobactéries qui est corrélée avec une surexpression de peptides pouvant dériver de la β-hémoglobine. La purification, la synthèse et l’évaluation des activités antiparasitaires des peptides sont en cours au laboratoire. J’ai aussi étudié l’utilisation des plantes médicinales comme alternative à des traitements chimiques dans l’aquaculture. J’ai testé l’activité antibactérienne et immunostimulatrice de plusieurs plantes et algues polynésiennes. L’algue rouge Asparagopsis taxiformis montre de fortes activités antibactériennes sur Vibrio harveyi et Tenacibaculum maritimum et induit une augmentation de l’expression de deux gènes liés à l’immunité chez Platax orbicularis. / Fish parasites are an important part of ecosystems, however, in certain cases such as in aquaculture they can cause severe disease outbreaks. In this thesis I have studied host-parasite interactions in coral reef fishes, both in the natural and culture environments. I have studied the distribution of 13 dactylogyrid species from 34 butterflyfishes in the Indo West-Pacific. Composition of dactylogyrid communities was host specific and together with the biogeography results, where a turnover in the main Haliotrema species was observed, suggest that parasite specificity might result from host-parasite coevolution derived from past biogeographical episodes. Only one butterflyfish species, Chaetodon lunulatus, was never found parasitized by gill monogeneans. I have studied the butterflyfish mucus, which is the first barrier against pathogens, to investigate the C. lunulatus factors that might be related to the monogenean absence. Butterflyfish gill microbiome and metabolome revealed a high diversity. C. lunulatus presented a significantly higher abundance of Fusobacteria which was correlated to a higher expression of potentially derived β-hemoglobin peptides. Synthesis and evaluation of the peptide antiparasitic activities are being performed in the laboratory. I have also studied the use of medicinal plants as an alternative to chemotherapy in fish aquaculture. I investigated the antibacterial and immunostimulant activities of several local Polynesian plants and algae, and I found that Asparagopsis taxiformis displayed a potent antibacterial activity against Vibrio harveyi and Tenacibaculum maritmum and increased expression of two immune-related genes in Platax orbicularis.

La métamorphose est une étape cruciale du cycle de vie de beaucoup de métazoaires. Elle est définie comme la transition d’une larve en un juvénile, souvent accompagnée de changements drastiques de morphologie, physiologie et de niche écologique. Le rôle des hormones thyroïdiennes a été mis en évidence dans la métamorphose des amphibiens, mais aussi de nombreux autres chordés comme certains poissons téléostéens ou l'amphioxus, suggérant que ce système était déjà présent et impliqué dans la métamorphose chez l'ancêtre commun de tous les chordés.Nous avons étudié le lien entre hormones thyroïdiennes et métamorphose selon deux axes. Premièrement, nous avons étudié la coordination entre la métamorphose et le recrutement larvaire, chez le chirurgien bagnard Acanthurus triostegus. Ce travail nous a permis de mieux comprendre le rôle de l’hormone thyroïdienne comme signal déclencheur d'une transition écologique importante. Dans le second axe de travail nous avons examiné l’origine de la signalisation thyroïdienne. Chez l’annélide Platynereis dumerili, nous avons identifié un récepteur fonctionnel des hormones et un rôle de l’hormone thyroïdienne dans son développement. Cela qui nous permet de démontrer que la signalisation thyroïdienne était présente à l’origine des bilateriens. Nous avons également mis en évidence un rôle des hormones thyroïdiennes dans le développement de cette espèce. Enfin dans le troisième axe nous nous sommes penchés sur l’origine de la synthèse de l’hormone thyroïdienne en retraçant l’évolution de la thyroglobuline, la protéine nécessaire à la production d’hormone chez les vertébrés. Son absence dans les autres taxons, alors que les dérivés de l’hormone y ont un rôle biologique, pose la question des mécanismes ancestraux de synthèse de ces hormones.Ces travaux explorent l’évolution de la signalisation thyroïdienne et proposent d’aborder la question du lien avec la métamorphose d’un point de vue évolutif et non-seulement développemental, afin de mieux comprendre la diversité des métamorphoses observées dans le monde animal. / Metamorphosis is a critical life step of many metazoans. It is defined as the transition between a larva and a juvenile. It comes with major changes of morphology, physiology and ecology. The role of thyroid hormone has been proven in the metamorphosis of amphibians but also in many other chordates such as teleost fishes or the amphioxus. This suggests that this system was functional and involved in the metamorphosis of the common ancestor of all chordates.We studied the link between thyroid hormones and metamorphosis according to two axes. First, we studied the coordination between metamorphosis and the larval colonization, using the convicted surgeon fish Acanthurus triostegus as a model. This work allowed us to better understand the role of thyroid hormones as a trigger signal of a major ecological transition. On the second axis, we investigated the origin of thyroid hormone signalization. In the annelid Platynereis dumerilii, we identified a functional thyroid hormone receptor and a role of TH in its development. This proves that thyroid hormone signaling was present at the basis of bilaterians. We also assessed the question of the origin of thyroid hormone synthesis by tracing back the evolution of the thyroglobulin, the protein mandatory for thyroid hormone synthesis in vertebrates. It absence in the other taxa, whereas thyroid hormone derivatives have a biological role, asks the question of the ancestral mechanisms of thyroid hormone synthesis.These works investigate the evolution of the thyroid hormone signalization and suggest to tackle the question of the link with metamorphosis from an evolutionary perspective, and not only from a developmental one, in order to better understand the diversity of metamorphosis overserved in the animal kingdom.