La perte de biodiversité induite par les humains touche plus particulièrement les espèces de grande taille corporelle et génère des pressions de sélection contre les grands individus. Un nombre croissant d’études montrent que la diminution des abondances de ces espèces s’accompagne d’une évolution rapide vers des tailles corporelles réduites. La problématique générale de la thèse était d’étudier expérimentalement, de manière intégrée, « des gènes à l’écosystème », les implications évolutives et écologiques de la perte rapide de biodiversité.À l’aide d’une expérience de sélection artificielle sur la taille corporelle de médaka (Oryzias latipes) pendant 6 générations, j’ai montré que (1) un ensemble de traits d’histoire de vie corrélé génétiquement à la taille (e.g. croissance somatique, âge et taille à maturité sexuelle, fécondité) pouvaient évoluer rapidement, (2) la réponse des traits des médakas dépend de la direction de sélection, et que (3) les changements phénotypiques peuvent être reliés à des changements d’expressions d’hormones hypophysaires impliqués dans la régulation de la croissance (i.e. hormone de croissance) et la reproduction (i.e. hormone de croissance et gonadotropines). Ces résultats suggèrent que les mécanismes d’adaptations des populations aux pressions anthropiques pourraient fortement modifier des traits clés pour leur maintien dans les écosystèmes. Par ailleurs, dans une autre expérience, j’ai montré que les variations phénotypiques (taille et de forme d’un médaka), peuvent avoir autant d’importance sur l’intensité de la cascade trophique qu’elles génèrent, que les variations démographiques (présence-absence du médaka). Ce résultat révèle l’importance des traits des organismes dans l’écosystème et suggère que des changements micro-évolutifs pourraient se répercuter dans les réseaux d’interactions biotiques. Cette thèse souligne la nécessité de mieux comprendre les mécanismes adaptatifs afin d’appréhender au mieux les conséquences écologiques des pressions de sélection d’origine anthropique qui s’exercent sur les populations naturelles. Elle ouvre des perspectives sur la compréhension jointe des mécanismes évolutifs et écologiques qui peuvent agir en retour l’un sur l’autre dans des boucles de rétrocontrôle éco-évolutives. / Biodiversity loss induced by humans particularly affects species which large body size and generates selection pressures against large individuals. A growing number of studies show that the decline in abundance of these species is accompanied by a rapid shift towards smaller body sizes. The aim of the thesis was to study experimentally, in an integrative approach, "from genes to ecosystem," the evolutionary and ecological implications of the rapid loss of biodiversity. I applied an artificial selection on body size of medaka (Oryzias latipes) during 6 generations, and I showed that (1) a set of life history traits genetically correlated to the size (e.g. somatic growth, age and size at sexual maturity, fecundity) could evolve rapidly, (2) the response of medaka traits depend on the selection direction, and (3) the phenotypic changes can be related to changes of pituitary hormones expressions involved in the regulation of growth (i.e. growth hormone) and reproduction (i.e. growth hormone and gonadotropins). These results suggest that the adaptation mechanisms of populations to anthropogenic pressures could significantly alter key features for keeping them in ecosystems. Furthermore, in another experiment, I showed that phenotypic variations (size and shape of a medaka), may have as much importance on the intensity of the trophic cascade they generate, as demographic variations (presence-absence of medaka). This result shows the importance of the traits of organisms

Les écologistes reconnaissent depuis longtemps que les organismes sont soutenus par le flux, l’emmagasinage et le renouvellement d’énergie et de matériel de l’écosystème, puisqu’ils sont nécessaires au métabolisme biologique et à la construction de biomasse. L’importance des organismes dans la régularisation des processus écosystémiques est maintenant de plus en plus considérée. Situé au centre des chaînes trophiques aquatiques, le zooplancton influence les flux d’énergie et de matériel dans les écosystèmes. Plusieurs de leurs caractéristiques sont connues comme étant de bons indicateurs de leur effet sur l’environnement, notamment leur taille, contenu corporel et taux métabolique. La plupart de ces caractéristiques peuvent être appelées « traits fonctionnels ». Alors que l’emploi des traits devient de plus en plus populaire en écologie des communautés aquatiques, peu ont su utiliser cette approche afin de concrètement lier la structure des communautés zooplanctoniques aux processus écosystémiques. Dans cette étude, nous avons colligé les données provenant d’une grande variété de littérature afin de construire une base de données sur les traits du zooplancton crustacé contribuant directement ou indirectement aux flux de C, N et P dans les écosystèmes. Notre méta-analyse a permis d’assembler plus de 9000 observations sur 287 espèces et d’identifier par le fait même ce qu’il manque à nos connaissances. Nous avons examiné une série de corrélations croisées entre 16 traits, dont 35 étaient significatives, et avons exploré les relations entre les unités taxonomiques de même qu’entre les espèces marines et d’eaux douces. Notre synthèse a entre autres révélé des patrons significativement différents entre le zooplancton marin et dulcicole quant à leur taux de respiration et leur allométrie (masse vs. longueur corporelle). Nous proposons de plus une nouvelle classification de traits liant les fonctions des organismes à celles de l’écosystème. Notre but est d’offrir une base de données sur les traits du zooplancton, des outils afin de mieux lier les organismes aux processus écosystémiques et de stimuler la recherche de patrons généraux et de compromis entre les traits. / Ecologists have long recognized that organisms are sustained by the flux, storage and turnover of ecosystem energy, which fuels biological metabolism, and material, used to construct biomass. Over the past three decades, the importance of individual organisms in regulating ecosystem processes, such as consumer-driven nutrient cycling, has been increasingly recognized. Occupying a central position in aquatic food webs, zooplankton are known to influence other trophic levels and exert a strong influence on energy fluxes or material processing in ecosystems. Several species’ characteristics have been pointed out as being good indicators, or predictors, of the effect of zooplankton on their environment, including individual body size, corporal stoichiometry and specific physiological rates. Most of these characteristics can also be termed “functional traits”. While the use of traits has recently gained popularity amongst aquatic community ecologists, few have applied this approach to concretely link zooplankton community structure to ecosystem processes. In the present study, we compiled data from a wide variety of literature to construct a database of crustacean zooplankton species and their traits contributing directly or indirectly to C, N or P ecosystem fluxes. Our literature search yielded over 9000 empirical observations on 287 different species and thereby allowed identification of knowledge gaps in the literature. We explored trait relationships amongst taxonomic units and between marine and freshwater habitats. Of all cross-correlations tested among 16 zooplankton traits, 35 were significant, with most traits being related to body mass. Our synthesis revealed significantly different patterns between freshwater and marine zooplankton respiration and allometry (body mass vs. length). We propose a novel trait classification scheme according to both organismal and ecosystem functions. Our goal is to provide a database for zooplankton functional traits, tools to link organisms to ecosystem processes, and to promote a search for general patterns and trade-offs amongst traits.

Comprendre comment la biodiversité des prairies répond aux changements d’utilisation des terres constitue un enjeu majeur pour la conservation de la biodiversité et le maintien des services écosystémiques dans les paysages agricoles. Dans ce travail de thèse, nous avons cherché (i) à analyser la réponse simultanée d’un ensemble de taxons appartenant à différents niveaux trophiques (plantes, herbivores, pollinisateurs, prédateurs) aux changements d’utilisation des terres agissant à différentes échelles spatiales et temporelles ; (ii) à approcher les mécanismes impliqués dans cette réponse et notamment le rôle des interactions trophiques. Notre approche est basée sur l’utilisation de multiples traits fonctionnels liés à l’acquisition des ressources, la taille et la mobilité des organismes. Nous avons testé la réponse de ces traits à l’histoire des paysages, leur configuration et leur composition. Nous montrons qu’il existe une réponse générale de la diversité fonctionnelle multitrophique aux changements d’utilisation des terres. Nous mettons en évidence l’importance des effets historiques du changement d’utilisation des terres à l’échelle des paysages agricoles menaçant le maintien de communautés fonctionnellement diversifiées dans ces paysages. En considérant un set de traits multiples, notre travail a permis d’approcher certains mécanismes par lesquels les changements d’utilisation des terres présents et passés impactent différentes facettes de la biodiversité. Enfin, l’utilisation des traits fonctionnels a permis d’appréhender l’importance des interactions trophiques et leur implication dans la structuration des communautés animales dans les milieux agricoles. / Understanding how grassland biodiversity responds to land use intensification is crucial for both biodiversity conservation and the management of key ecosystem services in agricultural landscapes. My PhD aims at (i) identifying and generalising the effects of land use intensification operating at different spatial and temporal scales across multiple taxonomic groups and trophic levels (plants, herbivores, pollinators, predators and top-predators) ; (ii) investigating the underlying mechanisms of biodiversity response, and particularly the role of trophic interactions. We used multiple functional traits related to resource acquisition, the size of the organisms and their mobility. We tested how multitrophic functional trait diversity responded to landscape history, composition and heterogeneity. Considering multiple taxonomic groups simultaneously, our study brings out a clear response of overall biodiversity to land use intensification. We found that legacy effects of land use intensification operating at the landscape scale are major drivers of present-day multitrophic functional trait diversity in agricultural landscapes. By considering a core set of organismal traits reflecting similar functions across trophic levels, our approach reveals multiple dimensions by which land use intensification filters out biodiversity over time and allows us to generalise its effect across multiple trophic levels and trait-spectrum. Finally, trait-based approach allowed us to assess the importance of trophic interactions and their contribution in shaping animal communities in agricultural landscapes.