The scaling of biodiversity through time and space : environmental, evolutionary, and ecological interactions

Les modèles de biodiversité résultent de l’interaction entre processus écologiques, évolutifs et environnementaux à différentes échelles imbriquées spatiales et temporelles. Comprendre comment les dynamiques géologiques, climatiques et écologiques interagissent pour façonner la diversification reste une question centrale en écologie et en évolution, notamment pour relier les changements passés à la diversité actuelle.Les dynamiques de diversification sont souvent attribuées à des facteurs abiotiques isolés, tels que la tectonique ou le climat, limitant la compréhension de leurs effets combinés. Les archives fossiles et phylogénétiques étant fragmentaires, les récents progrès en tectonique des plaques, modélisation paléoclimatique et évolution du paysage permettent désormais d’aller au-delà des approches empiriques. J’utilise un modèle éco-évolutif spatialement explicite intégrant changements tectoniques, climatiques et géomorphologiques aux processus écologiques et évolutifs. Ce cadre permet d’explorer de manière mécaniste comment la spéciation, extinction et richesse émergent sous des conditions environnementales changeantes, puis de valider les résultats par comparaison à des données empiriques.Le premier chapitre étudie l’origine et la persistance du gradient latitudinal de diversité (LDG)—le pic tropical et le déclin vers les pôles—sur 125 millions d’années. En intégrant paléoclimat, paléogéographie et processus de surface, je montre que le LDG persiste depuis le Crétacé, s’accentuant au Cénozoïque. Les processus de surface contrôlent la diversité régionale, tandis que la répartition inégale des continents a produit des diversifications asymétriques, principalement façonnées par le paléoclimat et la paléogéographie. Les tropiques apparaissent comme à la fois berceau et musée de la biodiversité. Ces résultats soulignent que la diversité mondiale découle de dynamiques tectoniques et climatiques à long terme, modulées par des processus régionaux à plus petite échelle.Le deuxième chapitre analyse la dynamique régionale de la biodiversité dans les « hotspots », en évaluant l’effet des changements tectoniques, climatiques et physiographiques sur la diversification depuis 55 millions d’années. Les analyses statistiques de « hotspots » modélisés montrent que les environnements stables favorisent la persistance, tandis que le soulèvement tectonique, la diversité hydrologique et la complexité du relief stimulent la spéciation. La diversité des « hotspots » reflète des histoires géologiques et climatiques propres à chaque région. Si les schémas globaux peuvent émerger indépendamment, la dynamique régionale reste essentielle pour comprendre où et quand la diversification se produit.Le dernier chapitre examine comment connectivité, aire de répartition, et diversification influencent la richesse des mammifères. En comparant les simulations aux données empiriques, j’identifie les combinaisons clés de dispersion, niche et spéciation. Les schémas de richesse mondiale résultent d’un équilibre entre colonisation et isolement : globalement, les généralistes dominent, tandis que les régions hétérogènes et montagneuses favorisent les spécialistes à niche étroite. La taille corporelle module ces dynamiques : les espèces moyennes, limitées dans leur dispersion, dépendent d’une forte diversification, tandis que les grandes espèces nécessitent une diversification suffisante pour éviter l’homogénéisation.Ces chapitres révèlent les mécanismes imbriqués de la biodiversité, des dynamiques environnementales profondes à la diversification régionale. En reliant échelles mondiale et locale, ma thèse montre comment la biodiversité émerge, persiste et se transforme sous l’action conjointe des stratégies écologiques, des processus évolutifs et de l’environnement dynamique de la Terre.