Evolution of dispersal and community structure in ants in response to habitat fragmentation | Évolution de la dispersion et structure des communautés de fourmis en réponse à la fragmentation de l'habitat

English. Habitat fragmentation is one of the major threats to biodiversity. The main causes are due to human activity. It is produced by increased urbanisation, agriculture, deforestation, or transport infrastructure. Habitat fragmentation is characterised by a decrease in the amount of favourable habitat and by the isolation of this habitat. The objective of this thesis is to better understand its effect at several scales, from the population level by looking at inter-individual differences linked to different dispersal strategies, to the community and metacommunity level by observing their composition. Several approaches are used: theory, an empirical study and field observations. Dispersal is a key life-history trait for survival in a fragmented habitat as it allows the movement of individuals from one fragment to another and the colonisation of empty fragments. However, several forces have opposing effects on the maintenance of species in a fragmented habitat. Fragmentation increases the costs of dispersal in an unfavourable habitat, increases heterogeneity and competition between relatives. Habitat fragmentation has an impact at the community level by changing the number of species or the composition of communities. Ants are good models to study because they are present in many contrasting environments and have a strong dispersal polymorphism. There are winged queens that disperse alone over long distances, or apterous queens that disperse accompanied by a group of workers over shorter distances. At the population level, I studied the ant Myrmecina graminicola which advantageously uses both dispersal strategies. At the community level, I studied ant species in Parisian parks, a highly fragmented habitat, and in forests near Paris, a less fragmented habitat. In the first chapter, I showed with a theoretical approach that the dispersal distance increases when the habitat fragmentation increases in a context of competition/colonisation trade-off. Habitat structure can strongly affect these results with a decrease of the dispersal when the habitat is aggregated. In a second chapter, I highlighted the existence of this competition/colonisation trade-off in M. graminicola and the importance of the presence of workers during the foundation of a new colony, their presence increasing the survival and growth of the colony. In a third chapter, I showed a decrease in dispersal with increased habitat fragmentation in urban environments in M. graminicola, suggesting that the cost of dispersing in highly fragmented urban environments selects against dispersal. Finally, I observed an increase in species richness, with very different ant communities, between urban and forest environments and a decrease in species richness with increasing park size in the city. There is no effect of fragmentation in forests. This thesis shows the diversity of responses to habitat fragmentation, both at the population and community levels, and opens the way for further studies.

French. La fragmentation de l’habitat est une des menaces majeures qui pèse sur la biodiversité. Les principales causes sont dues à l’activité humaine. Elle est produite par l’augmentation de l’urbanisation, de l’agriculture, de la déforestation ou des infrastructures de transport. La fragmentation de l’habitat est caractérisée par une diminution de la quantité d’habitat favorable et par un isolement de cet habitat. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre son effet à plusieurs échelles, de la population en regardant les différences inter-individuelles notamment liées aux différentes stratégies de dispersion, et à l’échelle des communautés et des métacommunautés en observant leurs compositions. Plusieurs approches sont utilisées : théorie, étude empirique et observations sur le terrain. La dispersion est un trait d’histoire de vie clé pour la survie dans un habitat fragmenté car elle permet le passage d’individus d’un fragment à un autre et la colonisation des fragments vides. Cependant, plusieurs forces ont des effets opposés sur le maintien des espèces dans un contexte de fragmentation de l’habitat. La fragmentation augmente les coûts liés à la dispersion dans un habitat défavorable, augmente l’hétérogénéité mais également la compétition entre apparentés. La fragmentation de l’habitat a un impact à l’échelle des communautés en faisant varier le nombre d’espèces ou la composition de celles-ci. Les fourmis sont de bons modèles d’études pour répondre aux problématiques de cette thèse car elles sont présentes dans de nombreux milieux contrastés et ont un fort polymorphisme de dispersion. Il existe des reines qui dispersent sur de longues distances en étant ailées et seules, ou des reines qui dispersent sur de plus courtes distances en étant aptères et accompagnées d’un groupe d’ouvrières. A l’échelle des populations, j’ai étudié la fourmi graminicole Myrmecina graminicola qui a l’intérêt d’utiliser les deux stratégies de dispersion. A l’échelle des communautés, je me suis intéressé aux espèces de fourmis des parcs parisiens, habitat très fragmenté, et des forêts proches de Paris, habitat peu fragmenté. Dans le premier chapitre, j’ai montré avec une approche théorique que la distance de dispersion augmente quand la fragmentation de l’habitat augmente dans un contexte de compromis compétition/colonisation. Cependant la structuration de l’habitat peut fortement affecter ces résultats avec une diminution de la dispersion quand l’habitat est agrégé. Dans un deuxième chapitre, j’ai mis en évidence l’existence de ce compromis compétition/colonisation chez M. graminicola et l’importance de la présence d’ouvrières lors de la fondation d’une nouvelle colonie, leur présence augmentant la survie et la croissance de la colonie. Dans un troisième chapitre, j’ai montré une diminution de la dispersion avec l’augmentation de la fragmentation de l’habitat en milieu urbain chez M. graminicola, suggérant que le coût à la dispersion en milieu urbain fortement fragmenté sélectionne contre la dispersion. Pour finir, j’ai observé une augmentation de la richesse spécifique, avec des communautés de fourmis très différentes, entre le milieu urbain et forestier et une baisse de la richesse spécifique avec la taille du parc en ville. Il n’y a pas d’effet de la fragmentation en forêt. Cette thèse montre la diversité des réponses à la fragmentation de l’habitat, que ce soit à l’échelle des populations et des communautés, et ouvre la voie à de nouvelles études.